Радиоавтоматика

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

 
 
 
 
В.В. АРТЮШЕНКО 
 
 
 
 
 
 
РАДИОАВТОМАТИКА 
 
 
Утверждено 
Редакционно-издательским советом университета 
в качестве учебного пособия 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2021

УДК 621.396.6-52(075.8) 
   А 867 
 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, профессор В.П. Разинкин 
канд. техн. наук, доцент А.В. Никулин 
 
 
 
Работа подготовлена на кафедре радиоприемных  
и радиопередающих устройств 
 
 
 
 
 
Артюшенко В.В. 
А 867  
Радиоавтоматика : учебное пособие / В.В. Артюшенко. –  
Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2021. – 80 с. 

ISBN 978-5-7782-4343-9 

Изложены основы математических методов описания и анализа  
линейных непрерывных систем радиоавтоматики. Рассматриваются базовые математические модели, особенности составления и преобразования структурных схем, использование передаточных функций и  
уравнений динамики систем радиоавтоматики. Кроме того, приведены 
обширные сведения об использовании математического пакета MATLAB 
для решения задач, возникающих в ходе применения традиционного 
для данной области знаний математического аппарата. 
Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям 
11.03.01 «Радиотехника» и 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи». 
 
 
УДК 621.396.6-52(075.8) 
 
ISBN 978-5-7782-4343-9 
 Артюшенко В.В., 2021 

 Новосибирский государственный 
 
    технический университет, 2021 

 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 

АПЧ – автоматическая подстройка частоты 
АРУ – автоматическая регулировка усиления 
АЧХ – амплитудно-частотная характеристика 
ДН – диаграмма направленности 
ЛЧХ – логарифмическая частотная характеристика 
ОУ – объект управления 
ОС – обратная связь 
ПИФ – пропорционально-интегрирующий фильтр 
РЛС – радиолокационная станция 
САР – система автоматического регулирования 
САУ – система автоматического управления 
УУ – устройство управления 
ФАПЧ – фазовая автоподстройка частоты 
ФНЧ – фильтр нижних частот 
ФЧХ – фазочастотная характеристика 
ЭВМ – электронно-вычислительная машина 
 

ВВЕДЕНИЕ 

К системам радиоавтоматики (РА) относят широкий класс автоматических систем, применяемых в современных радиотехнических 
устройствах, служащих для радиосвязи, радиолокации, радионавигации и радиоуправления. Особенностью систем РА является использование для управления радиосигналов. Теоретической основой радиоавтоматики служит теория автоматического управления, изучающая 
наиболее общие принципы управления объектами разной физической 
природы. 
Любой специалист в области радиотехники или связи должен иметь 
хотя бы начальные знания об основных характеристиках, методах математического описания и способах моделирования автоматических 
систем. Без этого его образование будет неполным. Вместе с тем в 
настоящее время очевиден дефицит литературы, которая в сжатой и 
доступной для студентов форме знакомила бы с основными вопросами 
анализа систем РА. Частично этот пробел должна устранить настоящая 
работа. 
Структурно работа состоит из четырех разделов. В разделе 1 дается 
общая характеристика систем РА, приводятся основные определения и 
понятия, классификация систем РА. Раздел 2 содержит изложение основных методов математического описания линейных непрерывных 
систем РА, рассматриваются основные характеристики, используемые 
при описании систем РА. В разделе 3 приведены характеристики типовых звеньев систем РА и правила преобразования структурных схем. 
Раздел 4 посвящен описанию функций среды MATLAB, которые могут 
быть полезны при анализе систем РА. 

 

1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ 

1.1. Основные определения и понятия 

Под автоматическим управлением понимают процесс управления 
состоянием некоторого объекта, при котором операции, обеспечивающие достижение заданного закона изменения физической величины, 
связанной с этим объектом, выполняются системой, функционирующей без вмешательства человека в соответствии с заранее заданным 
алгоритмом. Автоматическое управление реализуется с помощью системы автоматического управления (САУ). 
Частным случаем автоматического управления является автоматическое регулирование – процесс поддержания заданного значения 
какой-либо физической величины, связанной с объектом, без непосредственного участия человека с помощью специальных автоматических 
регуляторов. Примерами систем автоматического регулирования 
(САР) являются стабилизатор напряжения, системы автоматической 
регулировки усиления (АРУ) и автоматической подстройки частоты 
(АПЧ) в радиоприемных устройствах [1–3]. 
В любой системе РА, функциональная схема которой представлена 
на рис. 1.1, присутствует объект управления (ОУ), состояние которого 
может автоматически изменяться в соответствии с сигналом управления ( )
u t , сформированным в устройстве управления (УУ) по управляющему воздействию 
( )
x t . Примеры ОУ: в системе фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) – генератор, частота выходного сигнала 
которого поддерживается постоянной; в системе автоматического сопровождения радиолокационной цели – антенна радиолокационной 
станции (РЛС), продольная ось которой автоматически следит за 
направлением на сопровождаемую цель. 

УУ
ОУ
Д

 
x t

 
n t
 
y t
 
И
y
t

 
g t
 
И
g
t

 
u t
 

f

 
а 

УУ
ОУ
Д

 
x t

 
n t
 
y t
 
И
y
t

 
g t
 
И
g
t

 
u t

 

f

 
б 

Рис. 1.1. Функциональные схемы систем РА: 

а – разомкнутой; б – замкнутой 

Состояние ОУ в каждый момент времени характеризуется выходным сигналом ( )
y t , также называемым управляемой величиной, или 
результатом управления. Результат управления измеряется с помощью датчика (Д), связанного с ОУ. Для моделирования ошибок, 
неизбежно возникающих в процессе измерения, в схему (рис. 1.1) добавлен сигнал 
и( )
g
t  (шум измерения). 
Для моделирования влияния на ОУ факторов окружающей среды 
(изменения температуры, влажности и т.п.), а также иных внешних 
воздействий (например, колебаний напряжения источника питания) в 
функциональную схему добавлен сигнал 
( )
g t , называемый возмущающим воздействием. 
Сигнал ( )
n t  учитывает различные помехи, попадающие в систему 
наряду с управляющим воздействием и влияющие на точность процесса управления. Например, в системах автоматического сопровождения 
цели РЛС возникновение помех обусловлено флуктуациями сигнала изза неоднородности диаграммы рассеяния цели, а также перемещением 
кажущегося центра отражения по распределенному объекту (угловым 
шумом) [2]. 
В зависимости от принципа формирования сигнала управления ( )
u t  
системы РА делят на замкнутые и разомкнутые. В разомкнутых  

системах РА, как видно из рис. 1.1, а, УУ не получает информации об 
отклонениях результата управления от заданного воздействием 
( )
x t  
значения. Сигнал управления определяется только управляющим воздействием: 

 


( )
( )
u t
f x t

. 
(1.1) 

Из-за влияния помех, действующих на систему, а также нестабильности параметров элементов точность работы разомкнутых систем РА 
обычно невысока, поэтому их применяют редко. 
В замкнутых системах, или системах с обратной связью (см. 
рис. 1.1, б) сигнал управления формируется не только по управляющему воздействию 
( )
x t , но и по измеренному значению результата 
управления 
( )
и
y
t  (сигналу обратной связи): 

 


и
( )
( ),
( )
u t
f x t
y
t

. 
(1.2) 

Функциональные зависимости, представленные выражениями (1.1) 
и (1.2), называют алгоритмами, или законами управления систем 
РА. В замкнутых системах РА удается добиться более высокого качества управления за счет компенсации влияния помех и нестабильности 
параметров элементов с помощью обратной связи (ОС). 
В радиотехнических устройствах большое распространение получили замкнутые системы, работающие по принципу отклонения или 
рассогласования (рис. 1.2) [2, 3]. В таких системах сигнал управления 
( )
u t  формируется на основе отклонения сигнала обратной связи 
и( )
y
t  
от управляющего воздействия ( )
x t . Для этой цели в состав САУ включают измеритель рассогласования (элемент сравнения), который измеряет сигнал ошибки ( )t

: 

 
и
( )
( )
( )
t
x t
y
t



. 
(1.3) 

Измеритель рассогласования совместно с УУ образует регулятор 
системы РА. Сигнал управления 
( )
u t  с выхода регулятора подается на 
ОУ и изменяет управляемую величину ( )
y t  таким образом, чтобы свести к нулю рассогласование, определяемое выражением (1.3). Цепь, по 
которой управляемая величина 
и( )
y
t  поступает на вход элемента сравнения, называют цепью главной обратной связи [3]. 

УУ
ОУ
Д

 
x t
 
n t
 
y t

 
И
y
t

 
g t
 
И
g
t

 
u t

Регулятор

 t


 

f

 
Рис. 1.2. Функциональная схема системы РА, работающей  
по принципу рассогласования 

САУ, представленные на рис. 1.1 и 1.2, имеют только один вход и 
один выход. Такие САУ называют одномерными. Если система имеет 
несколько входов и несколько выходов, то ее называют многомерной. 
Одномерные САУ, которые имеют только цепь главной ОС, являются 
одноконтурными. Одномерные САУ, в которых помимо замкнутого 
контура с главной ОС имеются контуры с местными ОС (охватывающими отдельные элементы системы или их группы), относят к многоконтурным [1, 2]. 

1.2. Классификация САУ 

В литературе выделяют довольно много классификационных признаков систем РА, которые характеризуют автоматические системы с 
различных точек зрения (часть признаков уже обозначена в разд. 1.1) 
[1–4]. Рассмотрим основные из них. 
По общему алгоритму функционирования САУ подразделяются: на 
системы стабилизации, следящие системы и системы программного управления. 
Алгоритм функционирования системы стабилизации предусматривает автоматическое поддержание с заданной точностью (стабилизацию) одной или нескольких управляемых величин. Другое название 
такой системы – САР. Управляющее воздействие (а значит, и результат 
управления) в САР является постоянной величиной, т. е. 
( )
const
x t 
. 
Примеры САР см. в разд. 1.1. 
Назначением САУ программного управления является изменение 
управляемой величины с заданной точностью в соответствии с определенной, заранее известной программой. Программа может быть записана в устройство цифровой памяти и считываться в процессе работы