Радиоавтоматика

Министерство образования и науки Российской Федерации 

 

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ 

УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) 

 

КАФЕДРА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ (РТС) 

КАФЕДРА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ОСНОВ РАДИОТЕХНИКИ (ТОР) 

 

 

В. П. Пушкарёв, Д.Ю. Пелявин 

 

 

 

 

РАДИОАВТОМАТИКА

 

 

 

 

Учебное пособие 

 

 

 

 

 

Томск 

2018

УДК
621.396.6-52(075.8)

ББК
32.884.1-05я73
П 912

 

Рецензенты: 

О. В. Стукач, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой 

компьютерных измерительных систем и метрологии 

Томского политехнического университета; 

А. П. Бацула, канд. техн. наук, доцент кафедры  

радиотехнических систем Томского государственного университета систем 

управления и радиоэлектроники, советник генерального директора 

научно-производственной фирмы «Микран» 

 

Пушкарёв В. П., Пелявин Д.Ю. 

П 912
Радиоавтоматика : учебное пособие / В. П. Пушкарёв, Д. Ю. Пе
лявин. – Томск : ТУСУР, 2018. – 182 с.

 

В учебном пособии представлены классификация и основы построения 

функциональных и структурных схем систем радиоавтоматики: автоматическая 
регулировка усиления, автоматическая подстройка частоты и фазы. Рассмотрены 
основы построения автоматических систем радиолокационных станций. Описаны принципы построения систем радиоавтоматики на основе типовых радиотехнических звеньев с математическим представлением. Приведены методы анализа систем на основе математических методов их исследования на устойчивость 
и представлены расчёты по анализу показателей качества. 

Для студентов радиотехнических специальностей и подготовки бакалав
ров, магистров по направлению «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», обучающихся по очной, вечерней, заочной формам высшего профессионального образования, в том числе с применением технологии дистанционного обучения. Рекомендуется для самостоятельной подготовки студентов к 
практическим и лабораторным занятиям. 

 

© Пушкарёв В. П., Пелявин Д. Ю., 2018 
© Оформление ТУСУР, 2018 

 
 

Оглавление 

Введение ...................................................................................................................... 6 

1 Краткие исторические сведения ......................................................................... 9 

2 Классификация систем радиоавтоматики ...................................................... 11 

2.1 Предмет изучения теории управления и радиоавтоматики ......................... 11 

2.2 Классификация систем автоматического управления 

и радиоавтоматики ................................................................................................. 11 

3 Функциональные и структурные схемы систем радиоавтоматики .......... 18 

3.1 Определения и условные обозначения компонентов 

функциональных и структурных схем систем .................................................... 18 

3.2 Система автоматической регулировки усиления ......................................... 20 

3.3 Система автоматической подстройки частоты ............................................. 25 

3.4 Система фазовой автоподстройки частоты ................................................... 27 

3.5 Система автоматического сопровождения цели РЛС .................................. 30 

3.6 Система автоматического измерения дальности РЛС ................................. 34 

3.7 Обобщенная структурная схема системы радиоавтоматики ....................... 37 

4 Элементы систем радиоавтоматики и типовые радиотехнические 

звенья ......................................................................................................................... 41 

4.1 Описание элементов систем радиоавтоматики ............................................. 41 

4.2 Элементы систем радиоавтоматики ............................................................... 42 

4.2.1 Фазовые детекторы.................................................................................... 42 

4.2.2 Частотные дискриминаторы ..................................................................... 44 

4.2.3 Угловые дискриминаторы ........................................................................ 46 

4.2.4 Временные дискриминаторы ................................................................... 50 

4.2.5 Исполнительные устройства .................................................................... 51 

4.3 Типовые радиотехнические звенья ................................................................ 54 

4.4 Виды соединения типовых радиотехнических звеньев и структурные 

преобразования сложных схем систем радиоавтоматики ................................. 68 

4.5 Передаточные функции сложных многоконтурных систем ........................ 70 

4.6 Определение параметров элементов систем ................................................. 73 

5 Дифференциальные уравнения и передаточные функции систем 

радиоавтоматики ..................................................................................................... 78 

5.1 Дифференциальные уравнения систем радиоавтоматики ........................... 78 

5.2 Передаточная функция систем радиоавтоматики......................................... 79 

5.3 Переходная и импульсная функции системы РА ......................................... 80 

5.4 Выходной сигнал системы радиоавтоматики при произвольном 

воздействии ............................................................................................................. 84 

5.5 Комплексный коэффициент передачи и частотные характеристики ......... 84 

6 Устойчивость линейных систем радиоавтоматики ...................................... 90 

6.1 Основные понятия и определения устойчивости систем ............................ 90 

6.2 Условие устойчивости линейных систем ...................................................... 91 

6.3 Критерии устойчивости ................................................................................... 97 

6.3.1 Критерий устойчивости Гурвица ............................................................. 97 

6.3.2 Критерий устойчивости Михайлова ........................................................ 99 

6.3.3 Критерий устойчивости Найквиста ....................................................... 104 

6.3.4 Логарифмическая форма критерия Найквиста ..................................... 108 

6.4 Области и запасы устойчивости ................................................................... 109 

6.4.1 Основные понятия и определения ......................................................... 109 

6.4.2 Частотные оценки запасов устойчивости ............................................. 110 

6.4.3 Корневые оценки запасов устойчивости .............................................. 111 

6.4.4 Метод D-разбиения ................................................................................. 113 

7 Анализ качества систем радиоавтоматики ................................................... 117 

7.1 Постановка задачи исследования качества работы систем 

радиоавтоматики .................................................................................................. 117 

7.2 Показатели качества переходного процесса ............................................... 118 

7.3 Частотные показатели качества .................................................................... 121 

7.4 Анализ точности работы систем радиоавтоматики .................................... 125 

8 Основы проектирования систем радиоавтоматики .................................... 141 

8.1 Постановка задачи .......................................................................................... 141 

8.2 Синтез передаточной функции разомкнутой системы 

радиоавтоматики .................................................................................................. 143 

8.3 Определение передаточных функций корректирующих устройств ......... 148 

8.4 Синтез систем с неполной информацией о воздействиях ......................... 158 

8.5 Комплексные системы ................................................................................... 164 

Заключение ............................................................................................................. 173 

Литература .............................................................................................................. 174 

Основные сокращения и условные обозначения ............................................ 175 

Глоссарий ................................................................................................................ 179 

 
 

Введение 

 

Возрастание требований к качеству работы автоматических и автоматизи
рованных систем управления радиоэлектронными средствами, увеличение объ
ёма перерабатываемой информации, усложнение объектов управления привело 

к тому, что аналоговая техника не позволяет обеспечить заданное качество ра
боты. Современные системы управления радиоэлектронными средствами пред
ставляют собой совокупность сложного сочетания отдельных устройств, автома
тов, приёмников и преобразователей информации, взаимодействие которых 

обеспечивает достижение поставленной задачи.  

Решение сложных задач при выработке необходимых мер управления со
временными радиотехническими устройствами и системами под силу только 

микропроцессорным средствам обработки информации, позволяющим вырабо
тать одно единственно правильное решение. Важным преимуществом таких си
стем является высокая стабильность работы, оперативность изменения алго
ритма работы при принятии мер на уровне аппаратно-программной реализации 

в реальном масштабе времени. 

Развитие средств вычислительной техники, микропроцессорных систем 

привело к созданию систем цифрового управления технологическими процес
сами и техническими объектами. Такие системы состоят из программных и ап
паратных средств. Изменение алгоритма управления объектом контроля заклю
чается в изменении программных средств, аппаратные средства практически 

остаются неизменными. Однако для таких цифровых систем характерно стрем
ление к максимальной централизации решаемых задач. После появления микро
контроллеров созданы децентрализованные системы управления с распределе
нием задач и формированием нескольких уровней управления. Децентрализация 

снизила требования к быстродействию вычислительных средств, рассредоточила 

и упростила прикладное программное обеспечение, повысила надежность техни

ческих средств. Благодаря гибкости прикладного программного обеспечения по
явилась возможность реализации управляющих алгоритмов любой степени 

сложности, основанных на современных методах теории дискретных систем. Со
здание и внедрение СЦУ вызвало дальнейшее развитие теории автоматического 

регулирования, контроля и управления, в результате чего возникло отдельное 

направление. Это направление базируется на классических изложениях теории 

автоматического регулирования и учитывает процессы преобразования сигналов 

и вопросы сопряжения средств вычислительной техники с объектами контроля и 

управления. 

Целью данного учебного пособия является рассмотрение вопросов теоре
тического и прикладного характера, связанных с анализом и синтезом систем 

аналогового управления. Изучение рассматриваемых вопросов требует знания 

основ теории автоматического регулирования процессов. 

 

Соглашения, принятые в учебном пособии 

Для улучшения восприятия материала в данном пособии используются 

следующие пиктограммы и специальное выделение важной информации. 

 ································ ·····························   

Эта пиктограмма означает определение или новое понятие. 

 ································ ·····························   

 ································ ·····························   

Эта пиктограмма означает «Внимание!». Здесь выделена важ
ная информация, требующая акцента на ней. Автор может поде
литься с читателем опытом, чтобы помочь избежать некоторых оши
бок. 

 ································ ·····························   

································ ·····························   

Это пиктограмма «На заметку». Автор может указать 

дополнительные сведения или другой взгляд на изучаемый предмет, 

чтобы помочь читателю лучше понять основные идеи. 

 ································ ·····························   

 ························   
 Пример  ··························   

Эта пиктограмма означает пример. Автор может привести практический 

пример для пояснения и разбора основных моментов, отражённых в теоретиче
ском материале. 

 ································ ································ ·······  

 ························   
 Выводы  ··························   

Эта пиктограмма означает выводы. Здесь автор подводит итоги, обобщает 

изложенный материал или проводит анализ. 

 ································ ································ ·······  

 ································ ·····························   
Контрольные вопросы по главе 
 ································ ·····························   

1 Краткие исторические сведения 

 

Устойчивость – характеристика мира.

Н. Винер1. Кибернетика [1]

Первые сведения об автоматических устройствах приведены в древнегре
ческой мифологии – так называемые танталовы муки. Тантал, любимый сын бога 

Зевса, был наказан за многочисленные грехи перед богами и простым народом, 

за что был обречен веками стоять в прозрачном озере, изнывая от жажды. Уро
вень воды в озере постепенно повышался, и влага доходила ему до подбородка. 

Но лишь только он, истомленный жаждой, наклонял голову, вода исчезала, об
нажая черную сухую землю. 

Одними из первых технических устройств автоматики были устройства в 

поплавковых регуляторах парового котла И. И. Ползунова (1765 г.) и затем в ре
гуляторах скорости вращения машин Дж.  Уатта (1784 г.). Все последующие 

годы работы велись по улучшению основных характеристик автоматических ме
ханизмов. Однако в 1876 г. петербургский профессор И. А. Вышнеградский от
метил, что увеличение точности работы механизмов ведёт к его неустойчивой 

работе в динамическом режиме. Позднее он сформулировал критерий устойчи
вости систем третьего порядка [2]. 

В радиотехнике системы автоматического регулирования были использо
ваны в устройствах автоматической регулировки усиления в первых радиопри
ёмниках. Радиоавтоматика (РА) как самостоятельный класс в науке обязана 

своим появлением такой науке, как кибернетика. Выделение систем РА в само
стоятельный класс обусловлено также и их особенностями, связанными с усло
виями работы в составе радиотехнических систем и систем радиоуправления. К 

 

1Н. Винер (1894–1964) – американский учёный, выдающийся математик и философ, основоположник кибернетики и теории искусственного интеллекта. 

особенностям работы таких систем относятся и обработка радиосигнала при дей
ствии различного рода шумов и помех. Надёжность и качество работы систем РА 

определяет качество работы радиоаппаратуры и систем радиоуправления. 

В современных радиотехнических устройствах и системах радиоуправле
ния различного назначения широко используются автоматические системы, ко
торые называются системами радиоавтоматики. К числу таких систем относятся 

устройства фазовой и частотной автоподстройки частоты, автоматической регу
лировки усиления, системы измерения координат движущихся объектов, изме
рители дальности, различные следящие системы устройств и систем радиоуправ
ления. 

Изложение основ построения, метода анализа и проектирования систем ра
диоавтоматики применительно к радиотехническим устройствам и системам яв
ляется основной задачей данного учебного пособия.