МНОГОРЕЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО СИНХРОНИЗАЦИИ С АДАПТАЦИЕЙ
MULTI-MODE SYNCHRONIZATION DEVICE WITH ADAPTATION

Изобретение относится к области радиоавтоматики и может быть использовано в радиотехнических устройствах и системах связи различного назначения для повышения стабильности частот и синхронизации приемной и передающей аппаратуры.
Известны различные модификации устройств контуров фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Все они представляет собой следящую систему автоматического регулирования с одним «входом», одним «выходом» и однопетлевой обратной связью, где объектом регулирования является подстраиваемый генератор. При построении таких систем основное внимание уделяют решению проблемы определения условий устойчивости требуемого режима, а также качественных характеристик процесса его установления.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является устройство фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) [Патент RU № 2547635, МПК H03L 7/06, опубл. 10.04.2015], где ЭГ – эталонный генератор, УЭ – управляющий элемент, ПГ – подстраиваемый генератор, ФД – фазовый детектор, ФНЧ – фильтр нижних частот.
Недостаток прототипа – один релейный режим функционирования, который требует высоких энергетических затрат на синхронизацию.
Технической задачей изобретения является снижение энергозатрат при фазовой синхронизации по критерию быстродействия за счет увеличение числа режимов функционирования.
Указанная техническая задача достигается за счет реализации устройства контура фазовой автоподстройки частоты с обратной связью на основе объединенного принципа максимума.
На Фиг. 1 изображена схема многорежимного устройства синхронизации с адаптацией.
На Фиг. 2, 3 представлены результаты математического моделирования.
Устройство синхронизации содержит блок формирования задержки 1; блоки формирования модуля 2, 3; блок хранения констант 6; блоки формирования произведения 4, 7, 8, 13, 17, 20, 21, 24; блоки формирования суммы 5, 9, 15, 16, 18, 23, 25; блок возведения в степень «-1» 10; блоки формирования отношения 11, 12, 19; блок формирования экспоненты 14; блок формирования функции sign 22.
Результаты математического моделирования приведены на фигурах 2, 3, где сплошной линией обозначены кривые, соответствующие управлению (6) с функциями принадлежности (7), пунктирной линией кривые, соответствующие оптимальному решению Л.С. Понтрягина, а точками кривые, соответствующие управлению (6) с функциями принадлежности (8).
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1, представлено устройство контура фазовой автоподстройки частоты с обратной связью на основе объединенного принципа максимума, при этом вход устройства соединен со вторым входом блока 9 формирования суммы, со входом блока 2 формирования модуля, вторым входом блока 7 формирования произведения и входом блока 1 формирования линии задержки, выход которого соединен с четвертым входом блока 8 формирования произведения и входом блока 3 формирования модуля, выход которого соединен с третьим входом блока 8, выход которого соединен с первым входом блока 12 формирования отношения и первым входом блока 11 формирования отношения, выход которого соединен со вторым входом блока 15 формирования суммы, выход которого соединен со входом блока 22 формирования функции sign, выход которого соединен с четвертым входом блока 21 формирования произведения, выход которого соединен с первым входом блока 25 формирования суммы, выход которого является выходом устройства, первый выход блока 6 хранения констант соединен со вторым входом блока 5 формирования суммы, выход которого соединен со вторым входом блока 12, выход которого соединен со вторым входом блока 18 формирования суммы, выход которого соединен с третьим входом блока 24 формирования произведения, выход которого соединен со вторым входом блока 25, второй выход блока 6 соединен со вторым входом блока 17 формирования произведения и с первым входом блока 4 формирования произведения, выход которого соединен со вторым входом блока 11, третий выход блока 6 соединен с первым входом блока 8 и входом блока 10 формирования возведения в «-1» степень, выход которого соединен с третьим входом блока 21 и вторым входом блока 24, четвертый выход блока 6 соединен с первым входом блока 9, выход которого соединен со вторым входом блока 13 формирования произведения, выход которого соединен со входом блока 14 формирования экспоненты, выход которого соединен со вторым входом блока 16 формирования суммы, выход которого соединен со вторым входом блока 19 формирования отношения, выход которого соединен с первым входом блока 20 формирования произведения и вторым входом блока 21, пятый выход блока 6 соединен с первым входом блока 13, вторым входом блока 20, вторым входом блока 8 и  первым входом блока 7 формирования произведения, выход которого соединен с пятым входом блока 8, с первым входом блока 15 и первым входом блока 17 формирования произведения, выход которого соединен с первым входом блока 18, шестой выход блока 6 соединен с первым входом блока 16, первым входом блока 19 и первым входом блока 23 формирования суммы, выход которого соединен с первым входом блока 24, выход семь блока 6 соединен с первым входом блока 21, выход блока 2 соединен со вторым входом блока 4 и первым входом блока 5, выход блока 20 соединен со вторым входом блока 23.
Работа устройства поясняется выражением:
(1)
1
2
1
2
где μ',μ'–такие функции принадлежности, что при удалении от терминальной точки μ'уменьшается, а μ' увеличивается,  – фаза сигнала,  – скорость изменения фазы сигнала.
Устройство работает следующим образом: В момент времени  значение  подаётся на второй вход  блока 9 формирования суммы, на вход блока 2 формирования модуля, на второй вход блока 7 формирования произведения и на вход блока 1 формирования линии задержки, с выхода которого значение подается на четвертый вход блока 8 формирования произведения и вход блока 3 формирования модуля, с выхода которого значение подается на третий вход блока 8, с выхода которого значение  подается на первый вход блока 12 формирования отношения и первый вход блока 11 формирования отношения, с выхода которого значение  подается на второй вход блока 15 формирования суммы, c выхода которого значение подается на вход блока 22 формирования функции sign, c выхода которого значение подается на четвертый вход блока 21 формирования произведения, c выхода которого значение  подается на первый вход блока 25 формирования суммы, c выхода которого значение  поступает на выход устройства, с первого выхода блока 6 хранения констант значение C поступает на второй вход блока 5 формирования суммы, c выхода которого значение  поступает на второй вход блока 12, c выхода которого значение  поступает на второй вход блока 18 формирования суммы, c выхода которого значение  поступает на третий вход блока 24 формирования произведения, c выхода которого значение  поступает на второй вход блока 25, cо второго выхода блока 6 значение «2» поступает на второй вход блока 17 формирования произведения и на первый вход блока 4 формирования произведения, c выхода которого значение  поступает на второй вход блока 11, c третьего выхода блока 6 значение  поступает на первый вход блока 8 и вход блока 10 формирования возведения в «-1» степень, с выхода которого значение  поступает на третий вход блока 21 и на второй вход блока 24, с четвертого выхода блока 6 значение  поступает на первый вход блока 9, с выхода которого значение  поступает на второй вход блока 13 формирования произведения, с выхода которого значение  поступает на вход блока 14 формирования экспоненты, с выхода которого значение  поступает на второй вход блока 16 формирования суммы, с выхода которого значение  поступает на второй вход блока 19 формирования отношения, с выхода которого значение  поступает на первый вход блока 20 формирования произведения и на второй вход блока 21, c пятого выхода блока 6 значение «-1» поступает на первый вход блока 13, на второй вход блока 20, на второй вход блока 8 и на первый вход блока 7 формирования произведения, с выхода которого значение  поступает на пятый вход блока 8, на первый вход блока 15 и на первый вход блока 17 формирования произведения, с выхода которого значение  поступает на первый вход блока 18, с шестого выхода блока 6 значение «1» поступает на первый вход блока 16, на первый вход блока 19 и на первый вход блока 23 формирования суммы, с выхода которого значение  поступает на первый вход блока 24, c седьмого выхода блока 6 значение  поступает на первый вход блока 21, c выхода блока 2 значение  поступает на второй вход блока 4 и на первый вход блока 5, с выхода блока 20 значение  поступает на второй вход блока 23.
Пример. Рассматривается заданная с точностью до обратной связи система ФАПЧ
(2)
Требуется синтезировать ФАПЧ из условия минимума целевого функционала
,     (3)
при ограничении .
Использование условий максимума функции обобщенной мощности позволяет получить квазиоптимальное решение задачи синтеза [1 - 4] на границе области допустимых управлений
(4)
и внутри
(5)
где  - константа.
Предлагается структура нечеткого управления [7]
(6)
где  – такие функции принадлежности, что при удалении от терминальной точки  уменьшается, а  увеличивается.
Для сравнения выбраны варианты функций принадлежности [5]:
,  (7)
и
(8)
Анализ представленных результатов позволяет сделать вывод о том, что применение синтезированной ФАПЧ с двумя режимами функционирования позволяет избежать режима с учащающимися переключениями и обеспечивает время достижения терминальной точки, совпадающее в пределах выбранного масштаба рассмотрения с оптимальным.
Расчеты показывают, что полученный результат исключает режим учащающихся переключений при снижении быстродействия на 0,4% в сравнении с классическим решением Л.С. Понтрягина, что подтверждает его близость к оптимальному. Результаты, приведенные в примере, позволяют сделать заключение о достижении заявленного технического результата.
Литература
1. Патент РФ № 2013151702/08. Устройство контура фазовой автоподстройки частоты с обратной связью на основе объединенного принципа максимума // Патент России № 2547635. 2015. Бюл. № 10. / Андрашитов Д.С., Костоглотов А.А., Лазаренко С.В. [и др.].
2 A.A. Kostoglotov, S.V. Lazarenko. Synthesis of Adaptive Tracking Systems Based on the Hypothesis of Stationarity of the Hamiltonian on the Switching Hypersurface. Journal of Communications Technology and Electronics. 62, 123-127 (2017)
2. A.A. Kostoglotov, A.I. Kostoglotov, S.V. Lazarenko. Joint Maximum Principle in the Problem of Synthesizing an Optimal Control of Nonlinear Systems. Automatic Control and Computer Sciences. 41, 274 – 281 (2007)
3. A. Kostoglotov, S. Lazarenko, I. Derabkin, A. Kuzin, I. Pugachev, O. Manaenkova. Fuzzy Control Laws in the Basis of Solutions of Synthesis Problems of the Combined Maximum Principle. Advances in Intelligent Systems and Computing. 679, 321 – 329 (2017)
4. A.A. Kostoglotov, S.V. Lazarenko, D.S. Andrashitov, I.V. Deryabkin. Synthesis of Phase-locked Loop System Structure with Adaptation Based on Combined-maximum Principle. MATEC Web of Conference. 77, 15002, 1 – 4 (2016)
5. S.A. Orlovskij. The problem of decision making with fuzzy initial information (Nauka, Moscow 1981).