第八章 无线电技术中的反馈控制电路.doc

第八章 无线电技术中的反馈控制电路 讲授内容：8.1 反馈控制系统的概念 8.2 自动增益控制(AGC)电路 8.3 自动频率控制(AFC)电路 8.4 自动相位控制电路 8.1 反馈控制系统的概念 8.1.1 系统组成、工作过程及特点 反馈控制系统的方框图如图所示。 比较器：完成参考信号r(t)和反馈信号f(t)的比较，并输出其比较后的差值信号e(t)，主要起检测误差信号和产生控制信号的作用。 可控特性设备：在误差信号控制下产生相应输出信号的设备。 反馈环节：将输出信号y(t)按一定的规律反馈到输入端。它对整个环路的性能起着重要的作用。 1 反馈控制系统的工作过程 假定系统已处于稳定状态，这是输入信号为s0，输出信号y0，参考信号为r0，比较器输出的误差信号为e0。 （1）参考信号r0保持不变，输出信号y发生了变化。 在反馈控制系统中，总是使输出信号y进一步变化的方向与原来的变化方向相反，也就是要减小y的变化量。y的变化减小将使得比较器输出的误差信号减小。从而达到稳定输出y0的目的。显然，整个调整过程是自动进行的。 （2）参考信号r0发生了变化。 系统调整的结果使得误差信号e的变化很小，此时输出信号y与参考信号r同方向的变化，也就是输出信号将随着参考信号的变化而变化。 总之，由于反馈控制作用，较大的参考信号变化和输出信号变化，只引起小的误差信号变化。 2 实现上述目的，需满足如下条件： （1）是要反馈信号变化的方向与参考信号变化的方向一致。 （2）二是从误差信号到反馈信号的整个通路（含可控特性设备、反馈环节和比较器）的增益要高。 3 反馈控制系统的特点 （1）误差检测。控制信号产生和误差信号校正全部都是自动完成的。 （2）系统是根据误差信号的变化而进行调整的，而不管误差信号是由哪种原因产生的。 （3）系统的合理设计能够减小误差信号的变化，但不可能完全消除。 8.1.2 反馈控制系统的基本分析 1.反馈控制系统的传递函数及数学模型 反馈控制系统可以分为线性系统与非线性系统。 设参考信号r(t)的拉氏变换为R(s)，输出信号y(t)的拉氏变换为Y(s)，则反馈控制系统的传输特性表示为： T(s)为反馈控制系统的闭环传输函数。 ⑴比较器 其输出的误差信号e通常与参考信号r和反馈信号f的差值成比例，即： e=Acp(r-f) 式中Acp是一个比例常数，它的量纲应满足不同系统的要求。 对于AGC系统，Acp是一个无量纲的常数。 对于AFC系统中，r是参考信号的频率值，f是反馈信号频率值，e是反映这两个频率差的电平值，所以Acp就不再是一个常数， 下面分析Acp为常数的情况。 将 e=Acp(r-f) 式写成拉氏变换式： E(s)=Acp[R(s)-F(s)] ⑵ 可控特性设备 可控特性设备的典型特性如图8.3所示。 压控振荡器是在误差电压的控制下产生相应的频率变化。与比较器一样可控特性设备的变化关系并不一定是线性关系，为简化分析，假定它是线性关系，即： y=Ace 将上成拉氏变换式： Y(s)=AcE(s) ⑶反馈环节 反馈环节的作用是将输出信号y的信号形式变换为比较器需要的信号形式。反馈环节的另一重要作用是按需要的规律传递输出信号。 通常，反馈环节是一个具有所需特性的线性无源网络。如在PLL中它是一个低通滤波器。它的传递函数为: 称H（s）为反馈传递函数。 根据上面各基本部件的功能和数学模型可以得到整个反馈控制系统的数学模型。如图所示。 由反馈控制系统的数学模型，可得： 上式又称为反馈控制系统的闭环传递函数 开环传递函数是指反馈信号F(s)与误差信号E(s)之比 正向传递函数是指输出信号Y(s)与误差信号E(s)之比。 误差传递函数是指误差信号E(s)与参考信号R(s)之比。 2 反馈控制系统的基本特性的分析 ⑴ 反馈控制系统的瞬态与稳态响应 设反馈控制系统正向传递函数为Ac，反馈传递函数为Ｈ(s)，参考信号为R(s)，则系统的输出信号Y(s) 为： 上式表示的是一个微分方程式，从线性系统分析知，其输出信号的时间函数Y(t)将包含有稳态部分和瞬态部分。 ⑵ 反馈控制系统的跟踪特性 反馈控制系统的跟踪特性是指误差函数e与参考信号r的关系。误差传递函数复频域表示式如下所示所示： 当给定参考信号r时，求出其拉氏变换并代入上式式求出E(s)，再对其进行逆变换就可得误差信号e随时间变化的函数式。误差信号e的变化既决定于系统的参数Acp、Ac和H(s)