Моделирование управляемого генератора

В режиме «Transient» провести моделирование генератора и убедиться, что управление его частотой происходит в соответствии с заданным значением К1.

6.2. Моделирование системы синхронизации (2 часа)

1. Составить схему моделирования системы синхронизации (системы ФАПЧ) без корректирующего звена, добавив схему задающего генератора. Для этого необходимо выполнить следующие манипуляции (предполагается, что схемы фазового детектора и управляемого генератора на рабочем поле уже имеются):

- управляемый генератор выделить рамкой, занести в память и продублировать в другом месте экрана (комбинации клавиш: Contr_C и Contr_V); изменить идентификаторы портов, скорректировать атрибуты;

- генераторы VSIN и один генератор VPWL удалить;

- идентификаторы портов на входе EMULT привести в соответствие с

идентификаторами портов на выходах управляемых генераторов, а идентификатор на входе управляемого генератора системы ФАПЧ привести в соответствие с идентификатором порта на выходе фазового дискриминатора.

Замечание. В качестве задающего генератора также можно использовать источник синусоидального напряжения «VSIN» или источник с частотной модуляцией «VSFFM», но при этом следует обеспечить полное соответствие частот генераторов.

2. Установить параметры системы ФАПЧ:

К_V=4*10³[1/c]=w_СР<1/RC@3*10⁴;

К_V=К_ФД*К_УГ, где К_ФД =1[в/рад] - крутизна дискриминационной характеристики (при малом значении динамической ошибки); К_УГ=4*10³[рад/c в]=0,64*10³[Гц/в]. Следовательно коэффициент управления частотой генератора системы ФАПЧ равен К1=0,64*10^-3[мГц/в] (коэффициент управления частотой задающего генератора выбрать самостоятельно в соответствии с решаемой задачей).

3. Не забыть удвоить амплитуду сигнала в одном из генераторов (атрибуты «EVALUE»). Убедиться, что амплитуда второй гармоники на выходе фазового дискриминатора равна 1в.

4. Установить в задающем генераторе частоту 1мГц и начальную фазу -p/2. Посмотреть процесс на выходе фазового дискриминатора. Подобрать начальное напряжение на емкости ФНЧ так, чтобы скомпенсировать переходные процессы в апериодическом звене при гармоническом воздействии с нулевой постоянной составляющей.

5. С помощью ЛХ оценить длительность переходных процессов в системе и установить соответствующее время моделирования (параметры директивы «Transient» выбрать разумно, не допуская длительного моделирования (более 5мин)).

6. Изменить частоту задающего генератора на 10Гц, 100Гц, 200Гц, ... и измерить отклонение разности фаз генераторов от p/2 в конце переходного процесса (это установившееся значение ошибки системы e_j). Задача решается проще, если измерить среднее значение V(PHout2) в установившемся режиме и определить интересующую величину по дискриминационной характеристике.

Построить зависимость ошибки e_j от начальной расстройки частот генераторов Df (кривая должна быть симметричной относительно начала координат). Для малой расстройки частоты вычислить коэффициент

[1/с]

и сравнить его с заданным коэффициентом К_V. Зависимость e_j (Df) объяснить.

7. При постоянной расстройке частот Df = 100Гц построить переходные процессы (выход фазового дискриминатора) при начальной фазе задающего генератора ±p/2. Результат объяснить.

8. Теоретически оценить полосу удержания системы и сопоставить оценку с результатами п.6. Экспериментально измерить полосу схватывания (с разумной точностью, не требующей длительного моделирования). Зарисовать биения на выходе фазового дискриминатора в случае, когда начальная расстройка частот Df превышает полосу схватывания системы.

9. (не обязательный, но интересные исследования студента, доведенные до сведения лектора, могут улучшить его рейтинговое состояние). Возможные направления дополнительных исследований:

- усовершенствование ФНЧ в фазовом дискриминаторе;

- добавление пропорционально-интегрирующего корректирующего звена и оценка качества переходных процессов, а также полосы схватывания системы;

- повышение порядка астатизма и оценка точности системы.

Содержание отчета

1. Функциональная и структурная схемы, передаточная функция и параметры САУ, логарифмические характеристики.

2. Схемы моделирования, списки соединений, директивы моделирования.

3. Результаты моделирования фазового дискриминатора (дискриминационная характеристика) и управляемого генератора (зависимость частоты от коэффициента K1).

4. Результаты моделирования системы ФАПЧ с объяснением полученных эффектов (зависимость ошибки e_j от начальной расстройки частот, переходные процессы для двух значений начальной разности фаз, биения на выходе фазового дискриминатора, полоса удержания и схватывания).

5. Заключение, содержащее постановку задач исследования, методику их проведения и основные выводы.

6.4. Контрольные вопросы

1. Почему исследуемая система является нелинейной?

2. Описать методику расчета постоянной времени RC-цепи в фазовом дискриминаторе.

3. Какой порядок астатизма имеет система ФАПЧ (ответ обосновать)?

4. Описать метод анализа нелинейной системы ФАПЧ.

5. Описать методику анализа линеаризованной системы. Как определяются параметры такой системы?

6. Почему начальная разность фаз существенно влияет на вид переходного процесса системы?

7. Объяснить форму биений на выходе фазового дискриминатора в случае, когда начальная расстройка частот Df превышает полосу схватывания системы.

8. Указать способ сведения к нулю остаточной ошибки e_j, обусловленной начальной расстройкой частот генераторов.

7. ЧАСТОТНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ АВТОКОЛЕБАНИЙ

В НЕЛИНЕЙНОЙ САУ(практическое занятие 6)

Цель работы:

1) знакомство с особенностями существенно нелинейных САУ;

2) анализ нелинейной САУ с помощью уравнения замыкания и проверка результатов анализа методом моделирования.