книги / Машинный анализ и моделирование электрических цепей
..pdfления амплитуды колебаний зависит фактически только от доб ротности контура; начальная фаза заполнения радиоскачка, соотношение коэффициентов а. и fî оказывают влияние только в начальный момент времени. При f î t ? 0,2, когда амплитуда колебаний на выходе усилителя достигает около 0,2 своего установившегося значения, кривые. 1-4 практически совпадают.
Процесс установления фазы колебаний существенно зави сит от добротности контура и начальной фазы заполнения ра,- диоскачка на входе усилителя. Соотношение потерь в L -ветви и параллельной проводимости влияет на процесс установления фазы только в начальный момент при f î t < 0,2. При воздейст вии на усилитель радиоскачка с синусоидальным заполнением
установление |
фазы происходит мгновенно, |
если fî = 4а |
и, сле |
||
довательно, |
А =?1) ; если а < 4(*, А >Я |
и начальная фаза колеба- |
|||
ния в процессе |
J |
|
от нуля до |
4сК-й |
|
установления изменяется |
~2 и ) ‘ ' |
||||
если f î > 4а |
- |
соответственно от -éi |
до |
Процес<£ |
установления фазы практически заканчивается ifpn /3^-0,2, При воздействии на резонансный усилитель радиоскачка
с косинусоидальным заполнением отклонение фазы от устано вившегося значения быстро уменьшается приблизительно от
значения Y , |
и при f î t - \ оно составляет около 0,06 при |
#=-10 и близко |
0,03 при d —5, В дальнейшем отклонение фазы |
от установившегося значения уменьшается по закону, близко му к экспоненциальному
â tp "( t ) . ~ |
УЗ |
е -fit |
|
|||
~ ---------- -TS |
|
|||||
r |
|
u)„ |
i - e f î * |
|
||
Реакцию усилителя на радиоскачок с произвольной на |
||||||
чальной фазой заполнения ft |
можно найти как сумму реакций |
|||||
усилителя на воздействие напряжений (1) и (2 ), взятых с |
ве |
|||||
совыми коэффициентами |
COS ft и |
sin ft |
|
|||
иШ |
( t ) |
~ C0SФ“ ш |
( i ) +S*Я ft ит 1f > • |
|
||
При f î t >0,2 R\t)=-R'\t)\\ |
выражение |
(8 ) |
можно представить в |
|||
следующем виде: |
|
|
|
|
|
|
Кл* ф ш |
отклонение |
фазы от установившегося |
||||
где â c p (t)’»â (p f\t)sin1ft-‘ |
||||||
значения. Следовательно, при f î t ? 0,2 отклонение фазы от |
ус |
|||||
тановившегося значения, при изменении начальной фазы ft |
зэ- |
попнения рациоскачка |
на входе усилителя изменяется от нуля |
) до â<p” ( t ) |
г ± j ) . |
Установление колебаний п р и наличии расстройки. Реакции усилителя на сигнал кg^ct) = И(t)sw(ùit-f-(p) можно описать вы-! ражением
UgN}<t>=asw (°t+ $ -B )-a k e 'fi%w((ûU$-Q-p=aR<t)$in[cùt+(p-8'â<pt$l
V |
фазовая характеристика усилителя, |
Здесь в -a rc tff j - |
|
Ù03»at-oie - расстройка,у |
и А - разность фаз и отношение |
амплитуд свободной и вынужденной составляющих в начальный момент.
В пределах полосы пропускания усилителя при ji,4 o (< 0 J угол у , коэффициент к и функции R ( t ) и â(pct> , характери зующие процесс установления колебаний, определяются выраже ниями
у « - 4 - [co s e - cos( 2ф - $ ) ] ; |
к - - 1 - |
[s in 8-sw (2^B)l |
яс |
|
2и)с |
|
|
ksinÇAtiUç) |
R i t ) = ^ 1+ к ге~2^ - 2 к е fil:cos{Aù}itр ; |
â<p{t)=aretg |
|
|
|
~ it-kcos(A<iï+\ |
Векторные диаграммы,приведенные на рис. 2,в, поясняют процесс установления колебаний. С течением времени вектор свободных колебаний, уменьшаясь по величине, вращается во круг конца вектора вынужденных колебаний с угловой часто той А о) . При этом конец вектора результирующих колебаний перемешается по скручивающейся спирали, а сам вектор при
ближается к вектору вынужденных колебаний, |
При |
расстройке |
|||||||
A u > ~ ip , |
соответствующей границам полосы |
пропускания, |
век |
||||||
тор свободных колебаний при повороте на угол 2jt |
|
уменьша |
|||||||
ется в |
6^ ~ 535 рае; при меньших расстройках он уменьшает |
||||||||
ся еще быстрее. |
|
|
|
|
|
|
|
||
На рис. 4 приведены графики, поясняющие процесс уста |
|||||||||
новления фазы колебаний |
(кривые |
1 -8 ) и амплитуды (кривые |
|||||||
9 -11) |
при различных значениях расстройки, |
коэффициента |
к |
||||||
и угла |
у |
, где Au) * 0,)fi - кривые |
1,3,4,6,9; |
ù ü )= -O J fi- кри |
|||||
вые 2,5; |
A .u)=*O jfi- кривые 7,10;^о>=у? |
- кривые |
8,11; |
при |
|||||
у ~ 0 - |
кривые 1 -4 ,7 -1 1 |
и у - -0,1 |
- кривые |
5,6; |
при А “ |
1 - |
|||
кривые |
1,2,6-11; А«= 0,9 - |
кривая |
3 и A = M |
- кривая 4. |
|
||||
Возможные значения коэффициента А |
и угла |
у |
при р = |
» |
4 а =0,1 показаны на рис. 5. Угол |
1* |
имеет |
преимуществен |
|
но отрицательные значения: на частоте |
о)=сос |
он изменяется |
|||
от |
0 до -0,1, на частоте u)=tOc ± j3 |
- |
от |
-0,02 до -0,06, Сред |
ние значения коэффициента к изменяются *от 1,035 на частоте
Cüg~/i |
до |
0,965 на частоте й^у-уз » при этом значения коэф |
фициента к |
могут отличаться от средних не ^ 0,05. |
|
Изменение коэффициента к влияет на процесс установле |
||
ния колебаний главным образом в начальный момент при |
||
f i t < 0,5 |
(рис. 4; кривые 1,3,4). Изменение угла ÿ более ска |
зывается на установлении фазы колебаний (рис. 4, кривые 1, 2,5,6), Отклонение фазы от установившегося значения увеличи вается, если расстройка &а> и угол имеют одинаковые зна ки, поэтому при отрицательных расстройках отклонения фазы имеют большие значения и установление происходит медленнее, чем при таких же понижательных расстройках. Возможные зна чения отклонения фазы ÿ при расстройке û tü = -0,lfi находят ся в первом приближении между кривыми 2 и 5, для расстрой ки Д(й=*0,1р- между кривыми 1 и 6 (рис. 4 ).
Наибольшее значение для процесса установления имеет расстройка (рис. 4, кривые 1,7,8).. Отклонение фазы от уста-
Рис, 5,
ловившегося значения увеличивается прймернб пропорциональ но расстройке. При небольших расстройках установление ампл» туды происходит по закону, близкому к экспоненциальному.
С увеличением расстройки и приближением к Границам полосы пропускания становится заметным колебательный характер про* цесса установления амплитуды колебаний.
Выводы. На частоте собственных колебаний установление фазы колебаний при воздействии радиоскачка зависит от на чальной фазы заполнения и добротности колебательного конту ра. При воздействии радиоскачка с синусоидальным заполнени ем установление фазы происходит практически мгновенно (при уЗ<‘ <0,2). При воздействии радиоскачка с косинусоидальным заполнением установление фазы происходит значительно мед леннее, причем отклонение фазы от установившегося значения для определенных значений безразмерного времени j i t увели чивается с уменьшением добротности резонансного контура (при у з и .# = 10 ^ = 0 ,0 3 , при (7=5 dy=0,06).
Наличие параллельной проводимости влияет на процесс установления колебаний практически только в начальный мо мент при
В случае расстройки наиболее существенное влияние на процесс установления колебаний оказывает величина расстрой ки и ее знак. При положительных расстройках фаза устанавли вается быстрее.
Литература
1.Золотарев И.Д. Нестационарные процессы в резонансных
Усилителях фазово-импульсных измерительных систем. - [овосибирск: Наука, 1869. - 176 с.
2.Золотарев И.Д. Переходные процессы в избирательных уси лителях на транзисторах. - М.: Связь, 1976. - 160 с.
УДК 681.335.8
Б.Г. Элигулашвили
ОБ ОДНОМ АЛГОРИТМЕ СИНТЕЗА ОПТИМАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ
Передача информации в цифровой форме находит широкое применение [ \ ] , однако сопровождается появлением ошибок. Для улучшения качества передачи информации можно оптими зировать форму передаваемых сигналов.
Под оптимизацией формы сигналов будем понимать опре
деление сигнала ( p i t ) , |
максимизирующего (минимизирующего) |
|
некоторый функционал |
I (<р) |
Необходимо отметить, что |
оценка влияния формы импульсов на верность передачи инфор мации представляет собой серьезную математическую задачуf решенную только в частных случаях [ 2J.
В работах /"3, 4] приведены некоторые функционалы 1(<р), необходимое условие максимума (минимума) которых получа ется в виде однородного интегрального уравнения Фредгольма
второго рода |
т |
|
ЬЧ>(Х) = f |
K ( A , t ) ( f ( t ) d t , |
(1 ) |
где ( f i t ) - искомый сигнал; K ( X , t ) - ядро интегрального уравнения, характеризующее канал и (или) действующие в нем
шумы; Т - отрезок времени, |
на котором задан сигнал. |
Оптимальный сигнал ( f i t ) |
является собственной'функцией |
(1 ), соответствующей максимальному (по возможности мини мальному) собственному значению А В силу сложности ана литического представления К(Х, t ) или при его табличном за дании уравнение (1 ) можно решить только численным мето дом /5,6J.
„Метод решения (1 ) выберем с учетом возможности технк. ческой реализации формирующих цепей оптимальных сигналов. Целесообразно использовать метод аппроксимирующих функций ввиду сложной формы получаемых оптимальных сигналов ( f i t )
( ( f i t ) G 1^(0, T) ) Это вытекает из обязательной аппрокси мации ( f i t ) в связи с невозможностью реализовать генератор, имеющий конечную структуру, который отрабатывал бы все
функции множества сигналов |
? [ 2] . |
|
|
Таким образом, необходимо выбрать аппроксимирующие |
|||
функции |
( t ) для представления сигнала |
< p ( t ) |
|
|
|
|
(2 ) |
где 4 ц |
“ коэффициенты аппроксимации; п - |
число членов |
разложения, определяемое требуемой точностью аппроксимации и технических характеристик, которым надо удовлетворить в
.конкретных системах связи. |
|
Функции ^ it ) могут быть заданы |
на всем отрезке ( О,Т) |
либо на. его дискретных участках. |
|
Представляет интерес разложение |
( f i t ) по функциям ти |
па прямоугольных импульсов (рис. 1) |
|
if
г , . . . , л - /, <э>
где
] / f при
f ( t )
О при остальных t
|
Рассмотрим преимущества выражения |
|||
|
(3 ) по сравнению с другими системами |
|||
|
функций |
( А - 0,1,2,..., /7-1). |
||
1 t |
Использование (3 ) приводит к систе |
|||
ме линейных уравнений, для которой зада |
||||
Л |
ча определения собственных векторов и |
|||
РисЛ . |
||||
собственных значений решается |
методом |
|||
|
Якоби (метод |
вращений) /0,7/, |
в котором |
определение кратных и близких (что очень важно) собствен ных значений не. вызывает трудностей.
Синтезируемый сигнал (ступенчатую функцию) можно сформировать посредством "цифровой гко-модуляции* /8, 97, характеризуемой гибкостью^ простотой, малой чувствительно стью' к изменениям параметров, элементов генератора.
Применение (3 ) в адаптивных системах позволяв"1' незави симо регулировать различные участки сигнала без изменения структуры генератора.
На основании изложенной в E 2 J методики синтеза целей формирования сигналов сложной формы, в частности для полу чаемых из (1) с учетом (2 ) и (3 ), можно использовать осот бенность выражения (3 ), заключающуюся в том, что базисные элементы (3) и реализуемые на их выходе сигналы отобража ются единой формулой. Это способствует формализации процес
са синтеза оптимальных сигналов, например |
на основании (1), |
и синтеза генератора на ЭВМ. |
|
Число различных типов генераторов (3 ) |
аппроксимации |
(2 ) минимально возможное (равно 1). |
|
Лишь при использовании прямоугольных импульсов (2 ) однозначно решается задача синтеза генератора сигнала, бла годаря единственности формулы, описывающей его структу
р у C2J.
Учитывая изложенное, в качестве системы аппроксими рующих функций выбрана системна функций типа прямоугольных импульсов.
Для синтеза оптимальных сигналов на ЭВМ была Ъоставлена программа на алгоритмическом языке ФОРТРАН, струк турная схема которой представлена на рис. 2. Ниже описано назначение отдельных блоков.
Блок 2. Ввод исходных данных. Входные данные включа ют параметры, позволяющие разработчику выбирать програм мы (блок 4) для конкретного вида ядра.
Блоки |
3 -8 |
служат для |
образования матрицы |
Д |
, состав |
|
ленной из элементов |
К |
) ( è , j = 1, 2,... ,л |
>. |
|
||
Блок 10 включает в себя образование единичной матри |
||||||
цы Е . |
|
|
|
|
|
|
Блоки 11-14 служат для решения векового уравнения |
||||||
\ K - A E 1=0 |
(вычисления собственных функций |
|
и соб |
|||
ственных значений А/ ). |
{ |
|
|
|||
Блок |
15 выдает печать значений коэффициентов |
|
||||
..., П - 1) собственных функций |
2 4 * f h ( f |
) , |
где |
|||
индекс т определяет |
номер |
собственной функции и соответст |
||||
вующих значений |
А щ . |
|
|
|
||
Для примера рассчитаны сигналы |
соответст |
|||||
вующие максимальным собственным числам А . |
|
|
J_______
Начало
На рис. 8. приведены сигналы ( кривые 2 - 4 ), получен ные при различных п для ядра
„ |
, |
и)0 |
-tà f.ixrrtl |
(4| |
И ( * > t ) = |
2 |
e |
|
а тфсже сигнал ( кривая 1), полученный при аналитическом решении уравнения (1 ) с ядром (4 ).
Рис. 4.
Не рис* 4 |
приведены с и г н а л ы |
(кривые 2 — 4 ), |
полученные |
|||
при различных |
п |
и |
и ±Т= 16, tOjT =>10 для |
ядра |
|
|
|
/ |
r |
aiv<*2 < *-f > |
.S in * > ,(* -t) 7 |
(5) |
|
' |
* L |
x - t |
л - t |
J ' |
|
а также сигнал (кривая 1), полученный в работе /10/.
На основании этих расчетов вычислены нормы разности // $// двух последовательных приближений (f>(t) для ядра (4 )- (рис. 5, кривая 1) и для ядра (5 ) - (рис,- 5, кривая 2). На этом рисунке ,приведены также разности А Л> максимальных собственных значений, соответствующих двум последователь
ным приближениям |
для ядра (4 ) - (кривая 3) и для |
ядра |
(5 ) - (кривая 4). |
|
|
По данным рис, |
5 можно выбрать такое значение г г , |
при |
котором обеспечивается требуемая точность и, по возможно сти, минимальная сложность структуры генератора сигнала.
/Таким образом, используя данный алгоритм, можно полу чить оптимальные сигналы для каналов, заданных своими ма тематическими моделями в виде, удобном для технической реализации.
Литература
1.Пении П.И. Системы передачи цифровой информации, - М.: Сов.радио, 1976, - 368 с.
2.Ананян М.А. Генераторы функций в технике цифровой связи.- М.: Связь, 1976. - 56 с.