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第8章通信第8章反馈控制电路特别是在航空航天电子系统中,由于收、发设备是装在不同的运载体上,二者之间存在相对运动,必然产生多卜勒效应,因此引入随机频差。所以,为了提高通信和电子系统的性能指标,或者实现某些特定的要求,必须采用自动控制方式。由此,各种类型的反馈控制电路便应运而生了。
根据控制对象参量的不同,反馈控制电路可分为以下三类：自动增益控制（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ,简称ＡＧＣ）,自动频率控制（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｎｔｒｏｌ,简称ＡＦＣ）和自动相位控制（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＰｈａｓｅＣｏｎｔｒｏｌ,简称ＡＰＣ）。其中自动相位控制电路又称为锁相环路（ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ,简称ＰＬＬ）,是应用最广的一种反馈控制电路。8．2反馈控制电路的基本原理与分析方法需要注意的是,图8．2．1中所标明的各时域信号的量纲不一定是相同的。根据输入比较信号参量的不同,图中的比较器可以是电压比较器、频率比较器（鉴频器）或相位比较器（鉴相器）三种,所以对应的ｒ（ｔ）和ｆ（ｔ）可以是电压、频率或相位参量。误差信号ｅ（ｔ）和控制信号ｃ（ｔ）一般是电压。可控器件的可控制特性一般是增益或频率,所以输出信号ｙ（ｔ）的量纲是电压、频率或相位。
根据参考信号的不同状况,反馈控制电路的工作情况有两种。
１参考信号ｒ（ｔ）不变,恒定为ｒ0假定电路已处于稳定状态,输入信号ｘ（ｔ）恒定为ｘ0,输出信号ｙ（ｔ）恒定为ｙ0,误差信号恒定为ｅ0。现由于输入信号ｘ（ｔ）或可控器件本身的特性发生变化,导致输出信号ｙ（ｔ）发生变化,产生一个增量Δｙ,从而产生一个新的反馈信号ｆ（ｔ）,经与恒定的参考信号ｒ0比较,必然使误差信号发生变化,产生一个增量Δｅ。误差信号的变化将使可控器件的特性发生变化,从而使ｙ（ｔ）变化的方向与原来变化的方向相反,也就是使Δｙ减小。经过不断地循环反馈,最后环路达到新的稳定状态,输出ｙ（ｔ）趋近于原稳定状态ｙ0。
由此可见,反馈控制电路在这种工作情况下,可以使输出信号y(t)稳定在一个预先规定的参数上。２.参考信号ｒ（ｔ）变化
由于ｒ（ｔ）变化,无论输入信号ｘ（ｔ）或可控器件本身特性有无变化,输出信号ｙ（ｔ）一般均要发生变化。从ｙ（ｔ）中提取所需分量并经反馈后与ｒ（ｔ）比较,如果二者变化规律不一致或不满足预先设置的规律,则将产生误差信号,使ｙ（ｔ）向减小误差信号的方向变化,最后使ｙ（ｔ）和ｒ（ｔ）的变化趋于一致或满足预先设置的规律。
由此可见,这种反馈控制电路可使输出信号ｙ（ｔ）跟踪参考信号ｒ（ｔ）的变化。
反馈控制电路和负反馈放大器都是闭环工作的自动调节系统,区别在于组成上的不同。负反馈放大器一般是一个线性系统,可利用线性电路的分析方法。而反馈控制电路中的比较器不一定是线性器件,例如锁相环中的鉴相器就是非线性器件。所以,根据具体电路的组成情况,对于反馈控制电路需分别采用线性或非线性的分析方法。但是,在分析某些性能指标时,在一定条件下,某些非线性环节可以近似用线性化的方法处理。例如,鉴相器在输入信号相位差较小时,其输出电压与输入信号相位差近似成线性关系,这时可以把鉴相器作为线性器件处理。以下将反馈控制电路作为一个线性系统分析。由于直接采用时域分析法比较复杂,所以采用复频域分析法,然后利用拉氏逆变换再求出其时域响应,或利用拉氏变换与傅氏变换的关系求得其频率响应。
根据图8．2．1反馈控制电路的组成方框图,可画出用拉氏变换表示的数学模型,如图8．2．2所示。
图中Ｒ（ｓ）,Ｅ（ｓ）,Ｃ（ｓ）,Ｘ（ｓ）,Ｙ（ｓ）和Ｆ（ｓ）分别是ｒ（ｔ）,ｅ（ｔ）,ｃ（ｔ）,ｘ（ｔ）,ｙ（ｔ）和ｆ（ｔ）的拉氏变换式。
比较器输出的误差信号ｅ（ｔ）通常与ｒ（ｔ）和ｆ（ｔ）的差值成正比,设比例系数为ｋb,则有:e(t)=kb［r(t)-f(t)］(8.2.1)
写成拉氏变换式,有:
E(s)=kb［R(s)-F(s)］(8.2.2)
将可控器件作为线性器件对待,有:
y(t)=kcc(t)(8.2.3)
ｋc是比例系数。写成拉氏变换式,有:
Y(s)=kcC(s)(8.2.4)
实际电路中一般都包括滤波器,其位置可归在控制信号发生器或反馈网络中,所以将这两个环节看作线性网络。其传递函数分别为:H1(s)=C(s)E(s)(8.2.5)
H2(s)=F(s)Y(s)(8.2.6)
由此可以求出整个系统的两个重要传递函数：
闭环传递函数T(s)=
误差传递函数Te(s)=
8.2.3基本特性分析
将反馈控制电路作为一个线性系统,按照上述数学模型求出它的闭环传递函数Ｔ（ｓ）和误差传递函数Ｔe（ｓ）之后,就可以进一步对其基本特性进行分析。
反馈控制电路的基本特性及其分析方法大致如下。
１.暂态和稳态响