Теория автоматического управления, 3-е издание

Оглавление
Предисловие 1
Перечень основных обозначений 2
Введение 6
§ В.1. Понятие об автоматическом управлении 6
§ В.2. Классификация систем автоматического управления 8
В.2.1. Системы программного, адаптивного и интеллектуального управления 8
В.2.2. Разомкнутые и замкнутые системы 9
В.2.3. Системы автоматического регулирования и следящие системы 13
В.2.4. Одномерные и многомерные системы 13
В.2.5. Системы линейные и нелинейные 15
В.2.6. Системы стационарные и нестационарные 16
В.2.7. Системы непрерывного и дискретного действия 16
ЧАСТЬ I. ТЕОРИЯ ЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ 19
Глава 1. Математическое описание линейных систем
автоматического управления 21
§ 1.1. Постановка задачи. Разбиение системы на звенья 21
§ 1.2. Уравнения звеньев системы. Линеаризация 23
§ 1.3. Переходные и частотные характеристики звеньев 31
1.3.1. Переходные характеристики 31
1.3.2. Частотные характеристики 35
1.3.3. Особенности частотных характеристик устойчивых
и минимально-фазовых звеньев 42
§ 1.4. Типовые звенья систем автоматического управления 44
1.4.1. Апериодическое звено 44
1.4.2. Колебательное звено 47
1.4.3. Апериодическое звено второго порядка 52
1.4.4. Консервативное звено 52
1.4.5. Интегрирующее звено 53
1.4.6. Дифференцирующее звено 55
1.4.7. Неустойчивые звенья 56
1.4.8. Звено с постоянным запаздыванием 58
§ 1.5. Математическое описание систем автоматического управления
по математическому описанию их звеньев 59
1.5.1. Получение передаточной функции одномерной системы
по передаточным функциям звеньев 59
1.5.2. Построение частотных характеристик системы по частотным
характеристикам звеньев 73
1.5.3. Построение переходных характеристик замкнутой системы 77
§ 1.6. Математическое описание систем управления для переменных состояния 77
Глава 2. Стационарные режимы линейных систем автоматического
управления при детерминированных воздействиях 82
§ 2.1. Введение 82
§ 2.2. Статический режим (статика) систем автоматического управления 83
2.2.1. Статический режим статических систем 83
2.2.2. Способы устранения статического отклонения 86
§ 2.3. Динамические стационарные режимы систем автоматического управления 92
2.3.1. Стационарный режим САУ при гармоническом воздействии 92
2.3.2. Стационарный динамический режим САУ при воздействиях,
изменяющихся с постоянной производной 93
Глава 3. Стационарные режимы линейных систем автоматического
управления при случайных воздействиях 98
§ 3.1. Введение 98
§ 3.2. Прохождение случайного сигнала через линейную систему 99
§ 3.3. Точность систем автоматического управления при стационарных
случайных воздействиях 104
Глава 4. Устойчивость линейных систем автоматического
управления 111
§ 4.1. Понятие об устойчивости 111
§ 4.2. Критерий устойчивости Рауса — Гурвица 115
§ 4.3. Критерий устойчивости Михайлова 120
§ 4.4. Критерий устойчивости Найквиста 122
§ 4.5. Области устойчивости систем автоматического управления 127
Глава 5. Качество переходных процессов в линейных системах
автоматического управления 131
§ 5.1. Понятие о качестве переходных процессов 131
§ 5.2. Частотные критерии качества переходных процессов 134
§ 5.3. Корневые критерии качества переходных процессов 140
§ 5.4. Интегральные критерии качества переходных процессов 150
Глава 6. Коррекция динамических свойств и порядок синтеза
линейных систем автоматического управления 154
§ 6.1. Назначение и виды коррекции динамических свойств систем
автоматического управления 154
§ 6.2. Последовательные корректирующие звенья в контуре системы
автоматического управления 156
6.2.1. Пропорционально-дифференцирующее звено 156
6.2.2. Пропорционально-интегрирующее звено 163
6.2.3. Пропорционально-интегро-дифференцирующее звено 164
§ 6.3. Параллельные корректирующие звенья — обратные связи 166
6.3.1. Жесткие корректирующие обратные связи 167
6.3.2. Гибкие корректирующие обратные связи 171
6.3.3. Сравнение последовательных и параллельных корректирующих
звеньев 174
§ 6.4. Корректирующие воздействия в функции внешних воздействий и их
производных 175
§ 6.5. Синтез линейных систем автоматического управления 179
6.5.1. Определение порядка астатизма и коэффициента передачи системы 180
6.5.2. Определение основной (неварьируемой) части системы 180
6.5.3. Выбор коррекции и составление структурной схемы САУ 181
6.5.4. Построение переходных процессов 183
§ 6.6. Особенности синтеза некоторых типов САУ 184
6.6.1. Синтез систем с постоянным запаздыванием 184
6.6.2. Синтез многомерных систем 186
6.6.3. Синтез нестационарных систем 191
ЧАСТЬ II. ТЕОРИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ
АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 197
Глава 7. Особенности нелинейных систем автоматического
управления 199
§ 7.1. Введение 199
§ 7.2. Стационарные режимы нелинейных систем при детерминированных
воздействиях 200
§ 7.3. Стационарные режимы нелинейных систем при случайных воздействиях.
Статистическая линеаризация 205
7.3.1. Прохождение случайного сигнала через нелинейное звено 205
7.3.2. Идея статистической линеаризации 208
7.3.3. Методика исследования точности нелинейных САУ с помощью
статистической линеаризации 215
7.3.4. Применение статистической линеаризации для исследования
нестационарных процессов 219
§ 7.4. Особенности динамики нелинейных систем 222
§ 7.5. Исследование нелинейных систем на фазовой плоскости 229
Глава 8. Устойчивость нелинейных систем автоматического
управления 242
§ 8.1. Методы исследования устойчивости А. М. Ляпунова 242
§ 8.2. Критерий абсолютной устойчивости В. М. Попова 247
§ 8.3. Гармоническая линеаризация 253
8.3.1. Назначение метода гармонической линеаризации 253
8.3.2. Идея гармонической линеаризации 253
8.3.3. Методика исследования автоколебаний с помощью гармонической
линеаризации 260
8.3.4. Применение гармонической линеаризации для исследования
переходных процессов, вызванных медленно меняющимися воздействиями,
при наличии автоколебаний 270
8.3.5. Совместная статистическая и гармоническая линеаризация 271
Глава 9. Качество и коррекция переходных процессов
в нелинейных системах автоматического управления 274
§ 9.1. Методы оценки качества переходных процессов в нелинейных системах 274
§ 9.2. Коррекция динамических свойств нелинейных систем автоматического
управления 279
9.2.1. Особенности коррекции динамических свойств нелинейных систем 279
9.2.2. Нелинейные корректирующие звенья 282
§ 9.3. Порядок синтеза нелинейных систем автоматического управления 288
ЧАСТЬ III. ДИСКРЕТНЫЕ И ОПТИМАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 291
Глава 10. Релейные системы автоматического управления 293
§ 10.1. Понятие о дискретных системах автоматического управления и их
классификация 293
§ 10.2. Классификация релейных систем автоматического управления 294
§ 10.3. Особенности динамики релейных систем автоматического управления 297
§ 10.4. Методы исследования релейных систем автоматического управления 302
Глава 11. Импульсные и цифровые системы автоматического
управления 304
§ 11.1. Классификация и особенности динамики импульсных систем
автоматического управления 304
11.1.1. Классификация импульсных систем автоматического управления 304
11.1.2. Особенности динамики импульсных систем автоматического
управления 307
§ 11.2. Математическое описание импульсных систем автоматического
управления 308
11.2.1. Описание линейных систем автоматического управления с АИМ 308
11.2.2. Частотные характеристики линейных систем автоматического
управления с АИМ 320
11.2.3. Описание линейных систем автоматического управления с ШИМ 323
11.2.4. Особенности описания нелинейных импульсных систем
автоматического управления 325
11.2.5. Сведение импульсной системы автоматического управления к системе
непрерывного действия 325
§ 11.3. Методы исследования импульсных систем автоматического управления 326
§ 11.4. Определение и особенности динамики цифровых систем
автоматического управления 331
11.4.1. Определение цифровых систем автоматического управления 331
11.4.2. Особенности динамики цифровых систем автоматического
управления 334
§ 11.5. Методы исследования цифровых систем автоматического управления 334
Глава 12. Синтез оптимальных систем
автоматического управления 340
§ 12.1. Постановка задачи 340
§ 12.2. Методы нахождения экстремумов функционалов 346
12.2.1. Динамическое программирование 347
12.2.2. Принцип максимума 351
§ 12.3. Оптимальные системы автоматического управления при
детерминированных воздействиях 354
12.3.1. Понятие об оптимальных по быстродействию САУ 354
12.3.2. Порядок синтеза оптимальных САУ 362
12.3.3. Синтез оптимальной по быстродействию замкнутой САУ 369
12.3.4. Квазиоптимальные САУ 373
12.3.5. Синтез САУ на основе принципов синергетики 374
§ 12.4. Оптимальные системы автоматического управления при случайных
воздействиях 376
12.4.1. Статистические критерии оптимальности 376
12.4.2. Минимаксный критерий оптимальности 379
12.4.3. Особенности синтеза оптимальных САУ при случайных воздействиях 381
ЧАСТЬ IV. АДАПТИВНЫЕ И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 383
Глава 13. Самонастраивающиеся адаптивные системы
автоматического управления 385
§ 13.1. Понятие об адаптивных системах автоматического управления
и их классификация 385
§ 13.2. Самонастраивающиеся системы автоматического управления
со стабилизацией качества управления 388
§ 13.3. Самонастраивающиеся системы автоматического управления
с оптимизацией качества управления 393
13.3.1. Самонастраивающиеся САУ с оптимизацией динамических режимов 394
13.3.2. Самонастраивающиеся САУ с оптимизацией статических режимов 397
13.3.3. Методы поиска экстремума функции J настроечных параметров Y 399
13.3.4. Методы определения производных J 402
§ 13.4. Особенности исследования самонастраивающихся систем
автоматического управления 407
Глава 14. Самоорганизующиеся адаптивные системы
автоматического управления 411
§ 14.1. Простейшие самоорганизующиеся системы автоматического управления 411
§ 14.2. Самообучающиеся адаптивные системы автоматического управления 415
Глава 15. Интеллектуальные системы
автоматического управления 418
§ 15.1. Понятие об интеллектуальных САУ 418
§ 15.2. САУ на основе нечеткой логики 422
§ 15.3. САУ на основе экспертных систем 425
§ 15.4. САУ на основе ассоциативной памяти 427
§ 15.5. САУ на основе нейросетевых структур 429
ПРИЛОЖЕНИЯ 433
Приложение 1. История развития теории управления 435
Введение 435
§ П1.1. История развития техники управления 436
П1.1.1. История автоматики 436
П1.1.2. Появление промышленной автоматики 438
П1.1.3. Электротехническая автоматика 442
П1.1.4. Комплексная автоматизация 444
П1.1.5. Развитие современных систем автоматического управления 448
П1.1.6. Отечественные ученые и инженеры в развитии науки и техники
управления 454
§ П1.2. Теория автоматического регулирования 456
П1.2.1. Становление классической ТАР 456
П1.2.2. Направления развития современной ТАР 461
§ П1.3. Теория автоматического управления 462
П1.3.1. Линейная теория автоматического управления 462
П1.3.2. Нелинейная ТАУ 466
П1.3.3. Оптимальные САУ 467
П1.3.4. Адаптивное управление 469
П1.3.5. Интеллектуальное управление 469
§ П1.4. Автоматизированные системы управления 475
П1.4.1. Проблема управления в человеко-машинных системах 475
П1.4.2. Исследование операций 476
П1.4.3. Большие системы 477
Заключение 479
Приложение 2. Преобразование Лапласа 483
§ П2.1. Непрерывное преобразование Лапласа 483
§ П2.2. Дискретное преобразование Лапласа 488
Приложение 3. Номограммы для определения частотных
характеристик замкнутой системы по частотным характеристикам
разомкнутой системы 495
Приложение 4. Сведения из теории вероятностей 499
Приложение 5. Таблица интегралов 511
Приложение 6. Значения коэффициентов характеристического
уравнения, обеспечивающие оптимальный переходный процесс 514
Приложение 7. Типовые нелинейные звенья 517
Приложение 8. Формулы для коэффициентов статической
и гармонической линеаризации типовых нелинейных звеньев 520
Приложение 9. Значения функции 527
Приложение 10. Значения функции 530
Литература 533
Предметный указатель 535

VIII
Оглавление
IX
Оглавление