【正文】 組成反饋控制電路的各個環(huán)節(jié)均不可能具有無限寬的線性范圍 , 當(dāng)其中某個環(huán)節(jié)的工作狀態(tài)進(jìn)入非線性區(qū)后 , 系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)功能可能被破壞 。 )(l i ml i m )( ssEeiit?????第 8章 反饋控制電路 ４ . 根據(jù)線性系統(tǒng)穩(wěn)定性理論 , 當(dāng)閉環(huán)傳遞函數(shù)Ｔ （ ｓ ） 中的全部極點(diǎn)都位于復(fù)平面的左半平面內(nèi) , 則環(huán)路是穩(wěn)定的 。 第 8章 反饋控制電路 ２ . 跟蹤特性 利用誤差傳遞函數(shù)Ｔ e（ ｓ ） , 在給定參考信號Ｒ （ ｓ ）作用下 , 求出其誤差函數(shù)Ｅ （ ｓ ） , 然后作拉氏反變換 , 即可求得誤差信號ｅ （ ｔ ） , 這就是跟蹤特性 。 反饋控制電路的基本特性及其分析方法大致如下 。 寫成拉氏變換式 , 有 : Y(s)=kcC(s) () 實(shí)際電路中一般都包括濾波器 , 其位置可歸在控制信號發(fā)生器或反饋網(wǎng)絡(luò)中 , 所以將這兩個環(huán)節(jié)看作線性網(wǎng)絡(luò) 。 圖中Ｒ （ ｓ ） , Ｅ （ ｓ ） , Ｃ （ ｓ ） , Ｘ （ ｓ ） , Ｙ （ ｓ ）和Ｆ （ ｓ ） 分別是ｒ （ ｔ ） , ｅ （ ｔ ） , ｃ （ ｔ ） , ｘ （ ｔ ） , ｙ （ ｔ ） 和ｆ （ ｔ ） 的拉氏變換式 。 由于直接采用時域分析法比較復(fù)雜 , 所以采用復(fù)頻域分析法 , 然后利用拉氏逆變換再求出其時域響應(yīng) , 或利用拉氏變換與傅氏變換的關(guān)系求得其頻率響應(yīng) 。 例如 , 鑒相器在輸入信號相位差較小時 , 其輸出電壓與輸入信號相位差近似成線性關(guān)系 , 這時可以把鑒相器作為線性器件處理 。 所以 , 根據(jù)具體電路的組成情況 , 對于反饋控制電路需分別采用線性或非線性的分析方法 。 負(fù)反饋放大器一般是一個線性系統(tǒng) , 可利用線性電路的分析方法 。 由此可見 , 這種反饋控制電路可使輸出信號ｙ （ ｔ ） 跟蹤參考信號ｒ （ ｔ ） 的變化 。 第 8章 反饋控制電路 ２ . 參考信號ｒ （ ｔ ） 由于ｒ （ ｔ ） 變化 , 無論輸入信號ｘ （ ｔ ） 或可控器件本身特性有無變化 , 輸出信號ｙ （ ｔ ） 一般均要發(fā)生變化 。 經(jīng)過不斷地循環(huán)反饋 , 最后環(huán)路達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài) , 輸出ｙ （ ｔ ） 趨近于原穩(wěn)定狀態(tài)ｙ 0。 第 8章 反饋控制電路 現(xiàn)由于輸入信號ｘ （ ｔ ） 或可控器件本身的特性發(fā)生變化 , 導(dǎo)致輸出信號ｙ （ ｔ ） 發(fā)生變化 , 產(chǎn)生一個增量 Δｙ , 從而產(chǎn)生一個新的反饋信號ｆ （ ｔ ） , 經(jīng)與恒定的參考信號ｒ 0比較 , 必然使誤差信號發(fā)生變化 , 產(chǎn)生一個增量 Δｅ 。 根據(jù)參考信號的不同狀況 , 反饋控制電路的工作情況有兩種 。 誤差信號ｅ （ ｔ ） 和控制信號ｃ （ ｔ ） 一般是電壓 。 第 8章 反饋控制電路 第 8章 反饋控制電路 需要注意的是 , 圖 8． 2． 1中所標(biāo)明的各時域信號的量綱不一定是相同的 。 對于可控器件 , 或者是其輸入輸出特性受控制信號ｃ （ ｔ ） 的控制 （ 如可控增益放大器 ） , 或者是在不加輸入的情況下 , 本身輸出信號的某一參量受控制信號ｃ （ ｔ ） 的控制 （ 如壓控振蕩器 ） 。 在反饋控制電路里 , 比較器 、 控制信號發(fā)生器 、 可控器件和反饋網(wǎng)絡(luò)四部分構(gòu)成了一個負(fù)反饋閉合環(huán)路 。 其中自動相位控制電路又稱為鎖相環(huán)路 （ Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ , 簡稱ＰＬＬ ） , 是應(yīng)用最廣的一種反饋控制電路 。 由此 , 各種類型的反饋控制電路便應(yīng)運(yùn)而生了 。 第 8章 反饋控制電路 特別是在航空航天電子系統(tǒng)中 , 由于收 、 發(fā)設(shè)備是裝在不同的運(yùn)載體上 , 二者之間存在相對運(yùn)動 , 必然產(chǎn)生多卜勒效應(yīng) , 因此引入隨機(jī)頻差 。 例如 , 在調(diào)幅接收機(jī)中 , 天線上感生的有用信號的強(qiáng)度往往由于電波傳播衰落等原因會有較大的起伏變化 , 導(dǎo)致放大器輸出信號時強(qiáng)時弱不規(guī)則變化 , 有時還會造成阻塞 。第 8章 反饋控制電路 概述 反饋控制電路的基本原理與分析方法 自動增益控制電路 自動頻率控制電路 鎖相環(huán)路 章末小結(jié) 第 8章 反饋控制電路 返回主目錄 第 8章 反饋控制電路 第 8章 反饋控制電路 8 以上各章分別介紹了放大電路 、 振蕩電路 、 調(diào)制電路和解調(diào)電路 。 由這些功能電路可以組成一個完整的通信系統(tǒng)或其它電子系統(tǒng) , 但是這樣組成的系統(tǒng)其性能不一定完善 。 又如 , 在通信系統(tǒng)中 , 收發(fā)兩地的載頻應(yīng)保持嚴(yán)格同步 , 使輸出中頻穩(wěn)定 , 而要做到這一點(diǎn)也比較困難 。 所以 , 為了提高通信和電子系統(tǒng)的性能指標(biāo) , 或者實(shí)現(xiàn)某些特定的要求 , 必須采用自動控制方式 。 根據(jù)控制對象參量的不同 , 反饋控制電路可分為以下三類： 自動增益控制 （ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ , 簡稱ＡＧＣ ） , 自動頻率控制 （ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ , 簡稱ＡＦＣ ） 和自動相位控制 （ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｈａｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ , 簡稱ＡＰＣ ） 。 第 8章 反饋控制電路 8． 2 反饋控制電路的基本原理與分析方法 反饋控制電路的組成如圖 8． ２ ． １所示 。 其中比較器的作用是將外加參考信號ｒ （ ｔ ） 和反饋信號ｆ （ ｔ ） 進(jìn)行比較 , 輸出二者的差值即誤差信號ｅ （ ｔ ） , 然后經(jīng)過控制信號發(fā)生器送出控制信號ｃ （ ｔ ） , 對可控器件的某一特性進(jìn)行控制 。 而反饋網(wǎng)絡(luò)的作用是在輸出信號ｙ （ ｔ ） 中提取所需要進(jìn)行比較的分量 , 并送入比較器 。 根據(jù)輸入比較信號參量的不同 , 圖中的比較器可以是電壓比較器 、 頻率比較器 （ 鑒頻器 ） 或相位比較器 （ 鑒相器 ） 三種 , 所以對應(yīng)的ｒ （ ｔ ） 和ｆ （ ｔ ） 可以是電壓 、 頻率或相位參量 。 可控器件的可控制特性一般是增益或頻率 , 所以輸出信號ｙ （ ｔ ） 的量綱是電壓 、 頻率或相位 。 １ 參考信號ｒ （ ｔ ） 不變 , 恒定為ｒ 0假定電路已處于穩(wěn)定狀態(tài) , 輸入信號ｘ （ ｔ ） 恒定為ｘ 0, 輸出信號ｙ （ ｔ ） 恒定為ｙ 0, 誤差信號恒定為ｅ 0。 誤差信號的變化將使可控器件的特性發(fā)生變化 , 從而使ｙ （ ｔ ） 變化的方向與原來變化的方向相反 , 也就是使 Δｙ減小 。 由此可見 , 反饋控制電路在這種工作情況下 , 可以使輸出信號 y(t)穩(wěn)定在一個預(yù)先規(guī)定的參數(shù)上 。 從ｙ（ ｔ ） 中提取所需分量并經(jīng)反饋后與ｒ （ ｔ ） 比較 , 如果二者變化規(guī)律不一致或不滿足預(yù)先設(shè)置的規(guī)律 , 則將產(chǎn)生誤差信號 , 使 ｙ （ ｔ ） 向減小誤差信號的方向變化 , 最后使ｙ （ ｔ ） 和ｒ（ ｔ ） 的變化趨于一致或滿足預(yù)先設(shè)置的規(guī)律 。 第 8章 反饋控制電路 反饋控制電路和負(fù)反饋放大器都是閉環(huán)工作的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) , 區(qū)別在于組成上的不同 。 而反饋控制電路中的比較器不一定是線性器件 , 例如鎖相環(huán)中的鑒相器就是非線性器件 。 但是 , 在分析某些性能指標(biāo)時 , 在一定條件下 , 某些非線性環(huán)節(jié)可以近似用線性化的方法處理 。 第 8章 反饋控制電路 第 8章 反饋控制電路 以下將反饋控制電路作為一個線性系統(tǒng)分析 。 根據(jù)圖 8． 2． 1反饋控制電路的組成方框圖 , 可畫出用拉氏變換表示的數(shù)學(xué)模型 , 如圖 8． 2． 2所示 。 比較器輸出的誤差信號ｅ （ ｔ ） 通常與ｒ （ ｔ ） 和ｆ（ ｔ ） 的差值成正比 , 設(shè)比例系數(shù)為ｋ b, 則有 : 第 8章 反饋控制電路 e(t)=kb［ r(t)f(t)］ () 寫成拉氏變換式 , 有 : E(s)=kb［ R(s)F(s)］ () 將可控器件作為線性器件對待 , 有 : y(t)=kcc(t) () ｋ c是比例系數(shù) 。 其傳遞函數(shù)分別為 : 第 8章 反饋控制電路 H1(s)=C(s)E(s) () H2(s)=F(s)Y(s) () 由此可以求出整個系統(tǒng)的兩個重要傳遞函數(shù)： 閉環(huán)傳遞函數(shù) T(s)= 誤差傳遞函數(shù) Te(s)= )()(1)()()(211SHsHKKSHKKSRSYCbcb??)()(1)()(21 SHsHKKKRECbbSS??第 8章 反饋控制電路 將反饋控制電路作為一個線性系統(tǒng) , 按照上述數(shù)學(xué)模型求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)Ｔ （ ｓ ） 和誤差傳遞函數(shù)Ｔ e（ ｓ ） 之后 , 就可以進(jìn)一步對其基本特性進(jìn)行分析 。 １ . 利用閉環(huán)傳遞函數(shù)Ｔ （ ｓ ） , 在給定參考信號Ｒ （ ｓ ） 的作用下 , 求出其輸出Ｙ （ ｓ ） , 然后作拉氏反變換 , 即可求出系統(tǒng)時域響應(yīng)ｙ （ ｔ ） , 其中包括暫態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)兩部分 。 也可利用拉氏變換的終值定理求得穩(wěn)態(tài)誤差值 : es= ３ . 利用拉氏變換與傅氏變換的關(guān)系 , 將閉環(huán)傳遞函數(shù)Ｔ （ ｓ ）和誤差傳遞函數(shù)Ｔ e（ ｓ ） 變換為Ｔ （ jω） 和Ｔ e（ jω） , 即為閉環(huán)頻率響應(yīng)特性和誤差頻率響應(yīng)特性 。 若其中一個或一個以上極點(diǎn)位于復(fù)平面的右半平面或虛軸上 , 則環(huán)路是不穩(wěn)定的 。 所以 , 任何一個實(shí)際的反饋控制電路都有一個能夠正常工作的范圍 , 稱為控制范圍或動態(tài)范圍 。 一般用ｒ （ ｔ ） 、 ｘ （ ｔ ） 或 ｙ （ ｔ ） 的取值范圍來表示 。 如果接收機(jī)增益不變 , 則信號太強(qiáng)時會造成接收機(jī)飽和或阻塞 , 而信號太弱時又可能被丟失 。 這是接收機(jī)中幾乎不可缺少的輔助電路 。 第 8章 反饋控制電路 自動增益控制電路是一種在輸入信號幅值變化很大的情況下 , 通過調(diào)節(jié)可控增益放大器的增益 , 使輸出信號幅值基本恒定或僅在較小范圍內(nèi)變化的一種電路 , 其組成方框圖如圖8． 3． 1所示 。 反饋網(wǎng)絡(luò)由電平檢測器 、 低通濾波器和直流放大器組成 。 控制信號發(fā)生器在這里可看作是一個比例環(huán)節(jié) , 增益為ｋ 1。 若Ux增大而使 Uy增大時 , 環(huán)路產(chǎn)生的控制信號 uc將使增益Ａ g減小 , 從而使 Uy趨于減小 。 第 8章 反饋控制電路 環(huán)路中的低通濾波器是非常重要的 。 尤其當(dāng)輸入為調(diào)幅信號時 , 為了使調(diào)幅波的有用幅值變化不會被自動增益控制電路的控制作用所抵消 （ 此現(xiàn)象稱為反調(diào)制 ） , 必須恰當(dāng)選擇環(huán)路的頻率響應(yīng)特性 , 使對高于某一頻率的調(diào)制信號的變化無響應(yīng) , 而僅對低于這一頻率的緩慢變化才有控制作用 。 第 8章 反饋控制電路 ４ 設(shè)輸出信號振幅 Uy與控制電壓 uc的關(guān)系為 : Uy=Uy0+kcuc=Uy0+ΔUy () 根據(jù)式 ()又有 : Uy=Ag(uc)Ux=［ Ag(0)+kguc］ Ux 其中 Ag(uc)=Ag(0)+kguc 又有 Uy0=Ag(0)Ux0 () 第 8章 反饋控制電路 式中的 Uy0是控制信號為零時所對應(yīng)的輸出信號振幅 , Ux0和Ａ g（ ０ ） 是相應(yīng)的輸入信號振幅和放大器增益 , ｋ c和ｋ ｇ 皆為常數(shù) , 表示均為線性控制 。 同時也說明 U y∞≠Ｕ y0, 即ＡＧＣ電路是有電平誤差的控制電路 。 第 8章 反饋控制電路 ＡＧＣ電路的主要性能指標(biāo)有兩個 : 一是動態(tài)范圍 , 二是響應(yīng)時間 。 所以 , 當(dāng)電路達(dá)到平衡狀態(tài)后 , 仍會有電壓誤差存在 , 從對ＡＧＣ電路的實(shí)際要求考慮 , 一方面希望輸出信號振幅的變化越小越好 ,