В советской технической литературе имеется ряд книг советских авторов, посвященных теории импульсных и дискретных систем х.
До настоящего времени не было издано ни одной переводной книги по этому важному и актуальному вопросу. Поэтому издание книги Ю. Ту на русском языке в какой-то мере восполнит указанный пробел, а также позволит'советскому читателю судить об уровне развития теории дискретных систем за рубежом.
Книга Ю. Ту отличается большой ясностью и систематичностью изложения. Следует отметить, что автор строит теорию импульсных и дискретных систем, пользуясь z-преобразованием, повсеместно принятым за рубежом и все шире применяемым в последнее время в советской технической литературе.
Положительная черта книги Ю; Ту заключается также в том, что автор излагает теорию дискретных систем как непосредственное развитие и продолжение теории непрерывных систем, широко используя частотные понятия, методы анализа и синтеза, обычно ."• применяемые при расчете и проектировании непрерывных систем.
Несмотря на значительный объем книги, автору все же не удалось охватить весь круг вопросов, связанных с теорией дискретных систем. ' . : '
В частности, мало внимания уделено таким разделам, как статистическая динамика, а также теория дискретно-непрерывных систем, содержащих переменные и нелинейные параметры и достаточно подробно изложенных Л. Т. Кузиным (см. сноску1).
В целом книга безусловно является значительным вкладом в теорию и практику расчета дискретцых систем и принесет несомненную пользу. для широкого круга инженеров и научных работников, интересующихся дискретными системами автомата-ческого управления. " ' В. В. Солодовников
ч
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА
Эта книга, написана для научных работников и инженеров как доступное, методически отработанное современное руководство по основам теории и методам анализа, а также проектирования цифровых и импульсных систем автоматического управления и решения смежных проблем. Материал книги состоит в основном из обработанных записей лекций, впервые прочитанных автором в 1956 г. для студентов старших курсов школы Моора Пенсильванского университета в течение двух семестров.
За последнее время в результате большого интереса к цифровому и импульсному регулированию достигнуты большие успехи в развитии теории и методов анализа и синтеза систем автоматического управления, в состав которых входят цифровые машины. В течение последних десяти лет цифровые и импульсные системы автоматического управления стали одной из важных областей техники автоматического регулирования и управления. Однако изложение материалов, относящихся к рассматриваемому предмету, было разбросано по различным техническим журналам - и трудам различных конфзренций. Поэтому изучить состояние данного вопроса было весьма трудно. Эта книга является попыткой последовательного и систематического изложения методов и основных принципов рассматриваемого предмета. В книге имеется некоторое количество оригинального материала, однако его большая часть составлена на основании других литературных источников, что отмечено ссылками.
Данная книга может быть использована как в качестве учебника, так и в качестве справочника. Материал расположен в порядке возрастающей сложности рассматриваемых проблем. Для студентов он представляет интерес как последовательное изложение основ теории и наиболее важных методов, для инженеров —, 6
как систематически изложенный справочный материал. При написании книги автор стремился к тому, чтобы по возможности большее количество глав было самостоятельным или хотя бы отчасти независимым. При этом предполагалось,- что читатель знаком с курсом теории автоматического регулирования и хорошо знает преобразование Лапласа и теорию, функций комплексного переменного.
При изложении материала основное внимание уделено развитию основ теории. В тексте приведено большое количество решенных примеров для пояснения отдельных вопросов теории и для иллюстрации рассматриваемых методов. Отличительной чертой книги является унифицированный, четкий и определенный математический аппарат. Около 70 задач различной сложности помещено в конце книги.
Книга может быть разделена на три основные части: вводную часть, анализ систем, синтез систем. Гл. 1—3 являются по существу вводными и содержат краткий обзор основных понятий и принципов. Читатель, знакомый с основами теории автоматического регулирования, может пропустить гл. 2. Вторая часть состоит из гл. 4—7. В гл. 4 рассмотрен частотный метод анализа систем, основанный на применении обычных методов. В гл. 5 читатель знакомится с методом z-преобразования и его модификациями, что являете*! основой для последних глав книги. Третья часть включает гл. 8—10. В гл. 8 изложены методы и средства преобразования непрерывных величин в цифровые, а гл. 9 и 10 посвящены принципам и методам синтеза. В книге рассмотрены вопросы расчета систем с конечной длительностью замыкания. В последней главе изложен метод анализа на основе т-преобразования и рассмотрено несколько приближенных методов. В конце книги приведены таблицы z-преобразований и модифицированного 2-пре-образования, а также задачи.
Юлиус Т. Ту
J
, ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие............................ 6
Глава 1. Введение.......................... 9
1.1. Типы систем автоматического регулирования с обратной связью 9
1. 2. Определение импульсных и цифровых систем......... 13
1. 3. Значение импульсных и цифровых методов для автоматического
управления....................... 16
1.4. Методы анализа и синтеза импульсных и цифровых систем автоматического управления............... 19
1. 5. Примеры цифровых и импульсных систем автоматического
управления ..........'............. 20
Глава 2. Непрерывные системы автоматического регулирования..... 24
2. 1. Введение.....................' . . . . 24
2. 2. Преобразование структурных схем ............ 28
[ 2. 3. Критерии устойчивости.................. 32
2,-4.' Асимптотические логарифмические частотные характеристики 42
2. 5. Коррекция систем автоматического регулирования...... 49
2. 6. Метод корневого годографа . . "........ ....... 58
2. 7. Системы автоматического регулирования на переменном токе 75
Глава 3. Основы теории прерывания и квантования........... 84
3. 1. Процесс прерывания................... 84
3. 2. Анализ последовательности единичных импульсов ...... 86
3. 3. Частотные спектры импульсных сигналов . ,........ 88
3. 4. Запоминание....................... 92
3. 5. Теоремы прерывания................... 96
3.6. Квантование по амплитуде.................. 101
Глава 4. Частотный анализ...............:..... 112
4.J. Свойства импульсного элемента................ 112
4. 2. Сравнение непрерывных и импульсных систем....... . 122
4.3. Частотные характеристики и передаточные функции импульсных и цифровых САР.................. 129
4. 4. Построение амплитудно-фазовой частотной характеристики . . 138
4.5. Анализ устойчивости . .................. 145
4.6. Свойства запоминающих элементов .............. 148
4. 7. Влияние внешних возмущений и нелинейностей ....... 161
4. 8. Заключение ......."................ 166
Глава 5, Теория г-преобразования.................. 167
5. 1. Определение г-преобразования и импульсной передаточной
функции......................... 167
5. 2. Вычисление г-преобразований и импульсных передаточных
функций......................... 171
701
i
5. 3. Основные теоремы г-преобразования............r.
5. 4. Свойства импульсных передаточных функций.......' •'-
5. 5. Годографы г-преобразований................
5. 6. Обратные г-преобразования................
5. 7. Модифицированные г-преобразования ..........."'
5. 8. Численное интегрирование; z-формы.......'.....
5. 9. Заключение .......................
Глава 6. Анализ с помощью г-преобразования.............
6. 1. Структурные схемы и г-преобразования величин на выходе ;
импульсных САР ...................
6. 2. Графический анализ устойчивости; критерий Шур-Кона; били- , нейное преобразование ...................'
6. 3. Вычисление переходного процесса в дискретные моменты
времени..........................-••
6.4. Реакция системы в течение периодов прерывания . . . .'.'...
6. 5. Установившаяся ошибка для дискретных моментов времени '
6. 6. Коэффициенты ошибки.................
6. 7. Импульсные системы с несколькими частотами прерывания -
6. 8. Импульсные системы с несинхронными импульсными элементами.........................
6. 9. Импульсные системы с циклическим изменением частоты прерывания.......................
6. 10. Импульсные системы с чистым запаздыванием........
6.11. Заключение........................
Глава 7. Анализ переходных процессов и ошибок импульсных систем ...
7. 1. Влияние расположения нулей и полюсов в плоскости г на пове- ,*/
дение системы в переходном процессе............
7. 2. Максимальное перерегулирование и время наступления первого
максимума выходной последовательности..........
7. 3. Анализ ошибки системы и пульсаций между моментами замы- >
кания .........................
7. 4. Определение частоты прерывания; коэффициент пульсаций . . 7. 5. Высокочастотные колебания между моментами замыкания . . .
7. 6. Заключение.......................(
Глава 8. Принципы аналого-цифрового преобразования........
8. 1. Введение.........................
8. 2. Системы счисления для цифрового управления........
8. 3. Основные требования к преобразованию...........
8. 4. Методы кодирования ..... ."............. ,
8. 5. Быстродействующее кодирующее устройство на операционных \
усилителях .................:....,'!*
8. 6. Методы декодирования.................. (
8. 7. Заключение........................ j
Глава 9. Основные принципы проектирования.............
9. 1. Введение......................... ^
9. 2. Синусоидальные последовательности............ g
9. 3. Изменение формы годографа частотной характеристики разом- j|
кнутой системы .........ч........... j
9.. 4. Последовательная коррекция с помощью непрерывных цепей 9
9. 5. Последовательная коррекция с помощью импульсных цепей №
9. 6. Реализация импульсных передаточных функций...... . • . ц,
702
9. 7. Синтез в плоскости w с помощью логарифмических частотных
характеристик...................... 519
9. 8. Метод корневого годографа в плоскости г........... 535
9. 9. Заключение....................... 556
Глава 10. Оптимальное уравнение с помощью цифровых методов коррекции 558
10. 1. Введение .,....................... 558
10. 2. Системы с максимальным быстродействием и нулевой установившейся ошибкой в дискретные моменты времени ,...... 559
10.3. Подавление пульсаций в течение периодов прерывания . . . . 570
10. 4. Минимизация ошибки системы.............. 577
10. 5. Системы с несколькими входами............. 585
10. 6. Проектирование корректирующих устройств с несколькими
частотами прерывания ................. 590
10. 7. Статистические принципы проектирования......... 595
10. 8. Самонастраивающиеся системы.............. 616
10. 9. Моделирование...................... 622
10. 10. Заключение . . . -................... 626
Глава 11. Анализ импульсных систем автоматического регулирования
с конечной длительностью замыкания.............. 628 ,
11. 1. Введение........................ 628
11.2. Импульсный элемент и задержанное г-преобразование .... 629
11.3. Импульсный элемент с конечной длительностью замыкания и т-преобразование ................... 633
11. 4.- Анализ систем..................... 638
11.5. Другой метод..................... 647
11.6. Заключение....................... 654
Задачи.............................. 655
Таблица г-преобразований и модифицированных г-преобразований .... 680
Алфавитный указатель ......"................ 693
Цена: 500руб.
