применение цифровой техники существенно смягчает ограничения на допустимую сложность алгоритмов обработки сигналов, позволяет выбирать структуру дискриминатора и управляющего фильтра Б соответствии с результатами их оптимального математического синтеза. Часто в усложнении алгоритма обработки даже нет необходимости и надо лишь более точно реализовать принятый алгоритм. Б аналоговых системах это невозможно без более точного подбора и настройки элементов, обеспечения их большей стабильности в процессе работы. Самыми опасными являются нестабильности, приводящие к смещению нуля дискриминационной характеристики, а также к дрейфу нулей операционных усилителей управляющего фильтра, что может быть вызвано изменением температуры, нестабильностью напряжения питания, старением элементов, повышением уровня радиации и многими другими факторами. В результате возникает так называемая инструментальная, или приборная, ошибка, которая может составлять значительную часть суммарной ошибки системы.

Цифровые системы отличаются тем, что в них точность реализации принятого алгоритма обработки не зависит от величин технологических допусков на параметры цифровых элементов и от нестабильно-стей этих параметров. Это является следствием использования в цифровых элементах дискретной логики, когда состояние каждого элемента характеризуется одним из двух уровней - нулем или единицей. Различие между такими уровнями настолько велико, что практически исключена возможность самопроизвольного перехода от одного уровня к другому из-за каких-либо нестабильностей или неточности настройки. Поэтому инструментальные ошибки в цифровых системах имеют совершенно другую природу, чем в аналоговых. Они определяются принятым алгоритмом работы, периодом дискретности во времени, разрядностью используемых цифровых кодов и могут быть сделаны весьма малыми.

Следует иметь в виду, что переход к цифровым методам является общей тенденцией при построении систем управления. Поэтому при проектировании систем радиоавтоматики часто ставится требование, чтобы их выходные сигналы, например координаты сопровождаемых радиолокационных целей, имели цифровое представление для последующей обработки на управляющей ЦВМ. В такой ситуации использование в системе радиоавтоматики цифрового управляющего фильтра особенно оправдано, так как технически более просто подвергнуть аналого-цифровому преобразованию не выходную величину системы, а ошибку слежения, имеющую меньший диапазон изменения. При этом выходная величина может быть получена в самой ЦВМ в результате вычислений.

Преимущества цифровых систем проявляются не только в лучших эксплуатационных характеристиках, технологичности, более высоком качестве работы в рамках обычных одноконтурных структурных схем, но и в возможности широкого использования эффективных методов комплексирования различных измерительных систем в единые сложные и гибкие комплексы на базе управляющих ЦВМ, принципов са-монастроки и самоорганизации, описанных в гл. 8.

Выполнение вычислений, связанных с реализацией принятых законов управления, во взаимосвязанных цифровых вычислителях или в управляющей ЦВМ позволяет организовать тесное взаимодействие между различными системами управления, установленными, например, на летательном аппарате, упростить обмен информацией между ними. Создаются предпосылки для более эффективного и гибкого применения радиолокационных измерителей, навигационных датчиков и других бортовых устройств, выходные сигналы которых содержат, часть избыточной информации, не используемой в данной системе, но весьма полезной при решении других задач управления. При отказе какого-либо датчика потеря снимаемых с него данных может частично восполняться за счет информации, извлеченной из показаний других датчиков. Аналогичным образом при отказе одного из цифровых вычислителей наиболее важные из решавшихся им задач могут распределяться между оставшимися вычислителями. Это приводит к существенному повышению живучести комплекса управления, поскольку при выходе из строя части аппаратуры он в целом сохраняет работоспособность и качество управления удерживается в допустимых пределах, хотя и ухудшается по сравнению с номинальным режимом функционирования.

Быстрое развитие элементной базы цифровой микроэлектроники - интегральных схем, микропроцессоров, микро ЭВМ (см. § 7.4) - должно обеспечить преимущество цифровых систем перед аналоговыми и по таким показателям, как габариты, масса, стоимость. -

Методика составления структурных схем. Как отмечалось в §7.1, цифровые системы радиоавтоматики являются нелинейными импульсными системами, содержащими кроме импульсных и непрерывных линейных звеньев нелинейности релейного типа. Точный анализ подобных систе.м в общем случае может быть выполнен лишь путем моделирования на универсальной ЦВМ.

Эффективный прием упрощения анализа состоит в линеаризации АЦП и ЦАП, введении аддитивных шумов квантования по уровню и представлении цифровой системы в виде линейного импульсного фильтра. Однако многообразие вариантов построения цифровых систем затрудняет разработку единой универсальной методики такого исследования. В связи с этим выделим для детального рассмотрения лишь ограниченный, хотя и довольно широкий подкласс цифровых систем, содержащих аналоговый дискриминатор с пренебрежимо малой постоянной времени, цифровой фильтр, корректирующее устройство и аналоговое исполнительное устройство. При других вариантах построения цифровой системы методика ее исследования может иметь некоторые отличия, особенно при большой инерционности дискриминатора или при наличии нескольких цифровых элементов с разными периодами дискретности [13, 14].

Функциональная схема исследуемой системы показана на рис. 7.12. Кроме дискриминатора Д, цифрового фильтра ЦФ и исполнительного устройства ИУ она включает АЦП, ЦАП и экстраполятор Э, предназначенный для получения непрерывного входного сигнала исполнительного устройства из дискретных во времени значений выходной величины ЦАП. Как правило, используется экстраполятор нулевого поряд-

ка, представляющий собой фиксатор с запоминанием на период дискретности Т.

Считывание выходного кода АЦП и его ввод в ЦВМ или цифровой вычислитель, реализующий цифровой управляющий фильтр, происходит в дискретные моменты времени Т. Значения выходной величины цифрового фильтра поступают на ЦАП и экстраполятор также в дискретные моменты времени /=(п+) Т, гдеЪтносительноезапазды-

х[п]

Uonlt.yj

Рис. 7.12

вание =т/Т<1 соответствует времени запаздывания выходной величины т, связанному с конечной быстротой выполнения вычислений и задержками в АЦП и ЦАП. Поэтому значения входной и выходной величин цифрового фильтра обозначены на функциональной схеме как решетчатые функции х [п] и х [п, I].

При составлении структурной схемы цифровой системы смещеннук> решетчатую функцию Хх Ы, ] удобно заменить несмещенной решетчатой функцией Хх [п], а запаздывание на время х=1,Т учесть путем условного присоединения к непрерывной части системы, в частности к исполнительному устройству звена чистого запаздывания с передаточной функцией ехр(-рх). Такое структурное преобразование не отражается на свойствах замкнутой системы, но упрощает ее исследование.

Поскольку на вход экстраполятора подается решетчатая функция Хх\п\, а на его выходе образуются импульсы с определенной длительностью, равной периоду дискретности Т, тоэкстраполятор выполняет роль введенного в § 7.1 формирующего элемента. В случае экстраполятора нулевого порядка, выходные импульсы которого имеют прямоугольную форму и соответствуют амплитудно-импульсной модуляции с запоминанием на период Т, изображение одиночного выходного импульса экстраполятора при Ху\п\ = Ьо{п] описывается формулой (7.32), где следует принять 7=1:

f (p) = lizf£ = i:z£:i = lziL. (7.62)

На структурной схеме экстраполятор нулевого порядка представляется прямоугольником, внутри которого записана правая часть выражения (7.62). Такое представление условно, поскольку выражение (7.62) дает не передаточную функцию экстраполятора, а изображение его выходного импульса. Передаточную функцию экстраполятора нельзя определить как отношение изображений его выходного и входного сигналов, так как выходной сигнал непрерывен, а входной - решетчатая функция времени.

Структурная схема цифровой системы показана на рис. 7.13, где - коэффициент передачи дискриминатора с пренебрежимо малой постоянной времени; D (г) - дискретная передаточная функция циф-