книги / Теория автоматического управления техническими системами

СПИСОК АББРЕВИАТУР И БУКВЕННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ!

1. Аббревиатуры

АКОР —аналитическое конструирование регуляторов АО —алгоритмическое обеспечение АПР —автоматизация проектирования

АРМ —автоматизированное рабочее место АСАУ —адаптивная система автоматического управления

АСУ ТП —автоматизированная система управления технологи­ ческим процессом

АФЧХ —амплитудно-фазовая частотная характеристика АЦП —аналогово-цифровой преобразователь АЧХ —амплитудная частотная характеристика ДПВ —двойной пиковый вольтметр ИПФ —импульсная переходная функция ИУ —исполнительное устройство ИЭ —импульсный элемент КЛ —ключ (импульсный элемент)

КУ—корректирующее устройство ЛАЧХ —логарифмическая амплитудная частотная характери­

стика ЛО —лингвистическое обеспечение

ЛФЧХ—логарифмическая фазовая частотная характеристика ЛЧХ—логарифмическая частотная характеристика МП —микропроцессор МПС —микропроцессорная система

МПФ —матричная передаточная функция НГПК—низкочастотный генератор периодических колебаний НМБ —накопитель на магнитном барабане НМД —накопитель на магнитном диске НМЛ —накопитель на магнитной ленте НФ —низкочастотный фазометр-частотомер ОМО —общее математическое обеспечение ООС —отрицательная обратная связь ОПО —общее программное обеспечение ОР —объект регулирования ОС —обратная связь

ПИ —пропорционально-интегральный регулятор ПКУ —последовательное корректирующее устройство ПО —программное обеспечение

ППП —пакет прикладных программ

ПЦ —предельный цикл Р—регулятор

PC —реверсивный счетчик

РСУ —распределенные системы управления РТК —роботизированный технологический комплекс

С —синхронизатор САПР —система автоматизированного проектирования

САР —система автоматического регулирования САС —система автоматизированного синтеза САУ —система автоматического управления

СИАМ —система автоматизированного моделирования СМО —специальное математическое обеспечение СПО —специальное порграммное обеспечение ТАР —теория автоматического регулирования ТАУ—теория автоматического управления

ТАУ ТС —теория автоматического управления техническими

системами ТЗ —техническое задание

ТЭО —технико-экономическое обоснование ТУ ТС —теория управления техническими системами

УВК—управляющий вычислительный комплекс УТС —управление в технических системах ФИ —формирователь импульсов ФЧХ —фазовая частотная характеристика

ЦАП —цифроаналоговый преобразователь ЦВМ—цифровая вычислительная машина ЦСУ —цифровая СУ ШИМ —широтно-импульсная модуляция Э —экстраполятор

ЭАП —электромеханический автопилот ЭВМ —электронная вычислительная машина

ЭЦСП —электрический цифровой следящий привод 2. Обозначения

к(/) —матрица коэффициентов П —знак произведения А —матрица

At —коэффициент ряда Фурье

А (о) —амплитудная частотная характеристика а0—амплитуда автоколебаний

adj—адьюнкта определителя

а(со) —вещественная часть числителя передаточной функции

Y(U*) В —матрица

b (©) —мнимая часть числителя передаточной функции Y(/©) С —матрица выхода с—абсцисса абсолютной сходимости

Со, Си...,Сп—коэффициенты ошибок (постоянные интегриро­ вания)

последовательность чисел)

G(s) —преобразование Лапласа для функции g{t)

G* (s) —преобразование Лапласа для сигнала g* (t) на выходе импульсного элемента

G(z)—2-преобразование сигнала g*(t)

G* (/ю) —спектр дискретного сигнала

g(k)—дискретный сигнал на входе линейной системы g(t)—управляющее воздействие

g*(f)—последовательность импульсов на выходе ключа (сиг­ нал на выходе импульсного элемента)

//(©) —амплитудная частотная характеристика Н(х, ф, и)—функция Гамильтона

h(t), h(kt)—переходные характеристики h —запасустойчивости по модулю h(t)—переходная функция

hK(t)—переходный процесс, соответствующий единичной ча­ стотной характеристике

I —единичная матрица

j —мнимая единица /= ]/ —1

1 (А/а) —эквивалентный комплексный коэффициент усиления

нелинейного звена

ki—коэффициент усиления линейной части

К, k —передаточный коэффициент (коэффициент передачи или усиления)

Ко —коэффициент усиления объекта регулирования (крутизна характеристики)

К(0—матрица коэффициентов

k{k) —взвешенная временная последовательность k\t) —импульсная переходная функция

km{t)—идеальная импульсная переходная функция Jfe8(0—импульсная переходная функция экстраполятора £(<о)—логарифмическая амплитудная частотная характери­

стика

L}U(a)—желаемая логарифмическая амплитудная частотная характеристика

ЬтЯ(ш) —логарифм модуля характеристики Я(©)

М —момент силы Мд—движущий момент на валу двигателя

Ма —номинальное значение момента Мс —момент сопротивления на валу электродвигателя

т —порядок числителя передаточной функции m(t) —управляющее случайное воздействие

п —порядок знаменателя передаточной функции

n{t) —возмущающее случайное воздействие (помеха)

Р(0—симметричная матрица

Pl (t),.., Рп(t) —множители Лагранжа P(b/z)—условная плотность распределения вероятности

Р—число корней характеристического уравнения, лежащих в правой полуплоскости

Р(©)—вещественная частотная характеристика замкнутой

САР

Q —положительно определенная матрица

Q —критерий самонастройки

Q(s) —преобразование Лапласа для функции q{t) Q{со)—мнимая частотная характеристика замкнутой САР

q, qt —гармонические коэффициенты усиления нелинейного звена

#(Р)—средний риск

Rw(т)—взаимная корреляционная функция на входе и выхо­ де системы

R(s) —преобразование Лапласа для функции г (£)

Rr((ù)—обобщенная вещественная частотная характеристика R (т) —корреляционная функция

Ro {tu h) —центрированная корреляционная функция RXiV(x) —взаимнокорреляционная функция rang—ранг матрицы

ft(z) —Z-преобразование сигнала r(t) S —матрица

S(at)—функция спектральной плотности

Se(©) —спектральная плотность ошибки

Sn,m(ü>); Sm,n((ù)—взаимная спектральная функция плотности S,; S2; Sa, Sb—системы

Sr((û) —обобщенная мнимая частотная характеристика spur—след матрицы

sup —верхняя граница

Т—время переходного процесса (или постоянная времени) T’min —минимальное время переходного процесса Т0—постоянная времени объекта регулирования

t—время

Un —напряжение потенциометра £/тг —напряжение тахогенератора

Ur—напряжение на выходе генератора

U—заданное множество (матрица)

Uopt(0—оптимальное управление

U(s) —изображение входного сигнала и(t)

u(0—вектор управления U,—сигнал ошибки

V, V—линейная скорость

У(s)—передаточная функция разомкнутой САР по отношению к возмущающему воздействию

V(cù) —мнимая часть D(joa)

o>max —максимальное значение ускорения регулируемой вели­

чины

Wi) —подпроблемы приемлемых решений W*{jo>)—передаточная функция (частотная характеристика)

разомкнутой дискретной системы

U7(s) —передаточная функция разомкнутой САР по отношению к управляющему воздействию

№oc(s)—передаточная функция элемента обратной связи U7d(s)—передаточная функция последовательного корректи­

рующего устройства

Wp(s) —передаточная функция регулятора

Wo (s) —передаточная функция объекта регулирования (неиз­ меняемой части системы)

^(s) —передаточная функция фильтра

W(z) —Z-передаточная функция дискретной системы Ws(s) —передаточная функция экстраполятора

W(x)—плотность распределения вероятностей случайной вели­ чины

X —заданное множество

Х(/ш) —частотный спектр входного сигнала X(s) —преобразование Лапласа для x(t) x*{t) —дискретный входной сигнал

*в*(0—дискретный сигнал на входе экстраполятора (выхода ЭВМ)

x{t) —регулируемая переменная

Хвх —входной сигнал *вых —выходной сигнал

я(оо)—установившееся значение регулируемой величины Хнач —начальное значение процесса регулирования *опт(0 —оптимальный переходный процесс Хшах —максимальное отклонение регулируемой величины Хв (kxT) —выходной сигнал с ЭВМ

хэ(t) —выходной сигнал экстраполятора х—вектор состояния

Xb*{s)—преобразование Лапласа для величины xa*(t) на

входе

Дэ(s)—преобразование Лапласа для величины хэ на выходе

экстрополятора У(/со) —частотная характеристика САР

Y(s) —передаточная функция замкнутой САР по отношению к возмущающему воздействию

Y(г) —Z-преобразованиедля y(k)

y(k) —дискретный сигнал на выходе системы

y(t)—выходная переменная Y—выходной вектор

Z(s)—передаточная функция параллельного корректирующего

t —коэффициент демпфирования дифференцирующего звена 2-го порядка

6(ю)—логарифмическая фазовая частотная характеристика О—угол тангажа &п(0 —программное значение угла тангажа

х—коэффициент наклона вещественной частотной характери­ стики

Xt—корни характеристического уравнения V—порядок астатизма САР

|к—коэффициент демпфирования колебательного звена р (т) —нормированная корреляционная функция Ох —дисперсия случайного процесса ог —шум квантования на выходе

и ЭВМв контуре управления Ф(Л) —расширенная матрица перехода

Ф(/©)—частотная характеристика замкнутой САР Ф(0—переходная матрица

Ф(s) —передаточная функция замкнутой САР по отношению к управляющему воздействию (преобразование Лапласа для

ж Ф<*>)

Ф.(з) —передаточная функция ошибки ф($)—матричная передаточная функция (преобразование Лап­

ласа для матрицы <р(0)

ф(0 —переходная, или фундаментальная, матрица ф(/со) —вспомогательная функция

ф(©)—фазовая частотная характеристика замкнутой САР ф($) —преобразование Лапласа для ф(0 ©—угловая скорость (угловая частота)

û)g —номинальная угловая скорость ©ср —частота среза ЛАЧХ

©к—сопрягающая частота ЛАЧХ колебательного звена ©сртШах—частота среза, соответствующая минимальному вре­

мени переходного процесса

©cpopt—частота среза, соответствующая оптимальному пере­ ходному процессу

©0—частота автоколебаний

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие посвящено теории управления технически­ ми системами —технологическими машинами и процессами, энергетическими установками (включая ядерные реакторы), движущимися объектами различного назначения и др.

Теория автоматического управления (ТАУ) техническими системами представляет собой дальнейшее развитие теории ав­ томатического регулирования (ТАР). Предмет ТАР —системы автоматического регулирования (САР)—достаточно полно определен в соответствующей технической и учебной литера­ туре. ТАР изучает системы регулирования, осуществляющие лишь «отработку» входных управляющих воздействий, в пред­ мет ТАР не входят вопросы формирования этих воздействий.

Объектом ТАУ являются системы автоматического управле­ ния (САУ), функциональное назначение которых заключается:

во-первых, в формировании управляющих воздействий на основе соответствующих алгоритмов и исходя из цели управле­ ния (например, оптимальных управлений, техническая реали­ зация которых возможна благодаря использованию цифровых вычислительных средств);

во-вторых, в «отработке» этих воздействий на требуемом уровне выходной мощности и с необходимой точностью при по­ мощи САР в условиях действия возмущений и помех.

В основе теории автоматического управления техническими •системами лежат многие понятия, принципы и методы ТАР. Но отличать ТАР от ТАУ необходимо, и вряд ли можно счи­ тать оправданным то, что термин ТАР иногда подменяется в научно-технической литературе термином ТАУ. На наш взгляд, оба термина имеют право на самостоятельное существование, так как отражают различную сущность.

Материал пособия базируется в значительной мере на кни­ ге: Солодовников В. В., Плотников В. Н„ Яковлев А. В. «Осно­ вы теории и элементы систем автоматического регулирования» (М.: Машиностроение, 1985. 536 с.), —переработанной с уче­ том достижений научно-технического прогресса за последние годы. Показано становление и развитие ТАУ на основе ТАР, теории информации, информатики, кибернетики и вычислитель­ ной техники. Изложение основного материала учебного пособия начнается с понятий и определений теории автоматического ре­ гулирования, существенных для дальнейшего рассмотрения ТАУ. Далее приведены методы математического описания САР