Иващенко Н. Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. М., «Машиностроение», 1973, 606 с.
В книге изложены основы современной теории автоматического регулирования и рассмотрены различные виды автоматических систем, получивших наибольшее применение в промышленности. Значительное внимание уделено принципам построения систем регулирования и выбору параметров их элементов.
Дано описание и составлены уравнения динамики, передаточные функции, структурные схемы элементов и систем регулирования. Рассмотрены методы расчета автоматических систем, позволяющие анализировать устойчивость, точность и качество процессов регулирования. Анализируются также релейные, импульсные, экстремальные и самонастраивающиеся системы автоматического регулирования. Излагаются методы проектирования систем регулирования при регулярных и случайных воздействиях. Даются основы методов синтеза оптимальных систем регулирования по быстродействию и расходу топлива, базирующиеся на принципах максимума и динамического программирования.
Книга является учебником для студентов высших технических учебных заведений, изучающих теорию и элементы систем автоматического регулирования, а также может быть полезна инженерам, занимающимся проектированием систем регулирования. Табл. 40. Ил. 523. Библ. 65 назв. Прилож. 9.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Автоматизация промышленного производства является одной из важнейших задач технического прогресса социалистического общества. Дальнейшее развитие промышленности и сельского хозяйства требует создания как отдельных систем автоматического регулирования, так и систем управления производством, отраслью и всем народным хозяйством в целом.
Директивами XXIV съезда Коммунистической партии Советского Союза намечены грандиозные задачи внедрения в народное хозяйство высокоэффективных систем управления на основе широкого применения цифровых вычислительных машин. Поэтому большое значение приобретает изучение в высших технических учебных заведениях курса теории автоматического регулирования, являющегося первой частью курса автоматического управления.
Курс «Автоматическое регулирование» изучается во всех высших технических учебных заведениях независимо от их специализации и становится общеинженерной дисциплиной при подготовке современных высококвалифицированных инженеров.
За время, прошедшее с момента второго издания учебника «Автоматическое регулирование» (1962 г.), теория и элементы систем регулирования получили такое развитие, что переиздание книги с прежним содержанием оказалось совершенно невозможным. Поэтому в основном книга написана заново.
В учебнике впервые компактно даны основы трех курсов: элементы автоматического регулирования, теория автоматического регулирования и проектирование систем регулирования для различных специальностей технических вузов.•
Книга состоит из трех частей. Первая часть посвящена описанию принципов действия, способам составления уравнений динамики, передаточных функций и структурных схем элементов и систем автоматического регулирования.
Современный уровень техники регулирования привел к необходимости рассмотрения электронных схем в системах и вычислительных устройствах на транзисторных, магнитных и твердотельных интегральных элементах, а также различных устройств вычислительной техники на пневматических элементах.
При изложении корректирующих устройств значительное внимание уделено линейным активным и нелинейным пассивным элементам, получившим существенное развитие в последнее время.
Во второй части рассматриваются методы анализа устойчивости, точности и качества динамических процессов в непрерывных, релейных, нелинейных, дискретных, дискретно-непрерывных, экстремальных и самонастраивающихся системах регулирования. Все эти методы иллюстрируются примерами расчета конкретных систем.
В третьей части рассматриваются различные способы синтеза систем регулирования, которые находят все большее распространение в практике проектирования систем. К ним относятся методы синтеза корректирующих устройств при регулярных и случайных воздействиях, а также методы син-
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.................................. 3
Введение.................................... 5
Часть I. ЭЛЕМЕНТЫ И СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ............................... 8
Глава 1. Основные понятия и определения. Виды систем автоматического регулирования ................................. 9
1. Принципы действия систем автоматического регулирования (9). 2. Основные устройства систем автоматического регулирования (11). 3. Виды управляющих и возмущающих воздействий (13). 4. Классификация систем автоматического регулирования (15). 5. Непрерывные системы автоматического регулирования (18). 6. Дискретно-непрерывные системы автоматического регулирования (26). 7. Экстремальные и самонастраивающиеся системы автоматического регулирования (28)
Глава II. Объекты регулирования........................ 34
1. Дизель (35). 2. Гидротурбина (38). 3. Ядерный энергетический реактор на тепловых нейтронах (40). 4. Ресивер (42). 5. Самолет (44)
Глава III. Чувствительные элементы и датчики.................. 51
1. Электрические датчики (54). 2. Электролитические и газоаналитические датчики (63). 3. Электронные и ионизационные датчики (65). 4. Фотоэлектрические датчики (67) . 5. Датчики измерения углов рассогласования и угловых скоростей (70). 6. Датчики давления (76)
Глава IV. Функциональные аналоговые преобразователи.............. 79
1. Функциональные электронные, электрические и электромеханические преобразователи (81). 2. Воспроизведение сложных функций (93). 3. Пневматические функциональные аналоговые преобразователи (102). 4. Точность работы функциональных аналоговых преобразователей (104)
Глава V. Цифровые вычислительные устройства................. 107
1. Схемы логических операций на транзисторных и диодных приборах (107).
2. Примеры применения логических схем (ПО). 3. Триггеры (113). 4. Примеры применения триггеров (115). 5. Запоминающие устройства (116). 6. Элементы цифровых вычислительных машин в микроэлектронном исполнении (120). 7. Цифровые устройства на пневматических элементах (125). 8. О точности цифровых элементов вычислительных устройств (126)
Глава VI. Усилительные элементы........................ 128
1. Электронные усилители (129). 2. Магнитные усилители (135). 3. Электромашинные усилители (138). 4. Реле (147). 5. Гидравлические усилители (150). 6. Пневматические усилители (155). 7. Сравнительные характеристики различных усилителей (157)
Глава VII. Исполнительные элементы....................... 159
1. Электрические серводвигатели (159). 2. Гидравлические серводвигатели (163). 3. Пневматические серводвигатели (169). 4. Сравнительная оценка исполнительных элементов (171)
Глава VIII. Корректирующие устройства........._............ 173
1. Линейные пассивные корректирующие устройства постоянного и переменного тока (173). 2. Активные линейные корректирующие устройства (175). 3. Нелинейные пассивные корректирующие устройства (183). 4. Нелинейные активные корректирующие устройства (183)
Глава IX. Уравнения динамики объектов, устройств и систем автоматического регулирования и их структурные схемы................... 188
1. Представление объектов и устройств систем регулирования с сосредоточенными элементами в виде передаточных функций (188). 2. Представление устройств систем регулирования с распределенными элементами в виде трансцендентных передаточных функций (191). 3. Составление структурных схем систем автоматического регулирования (195). 4. Преобразование структурных схем (208). 5. Пе-
605
редаточные функции систем автоматического регулирования (213). 6. Представление динамических характеристик объектов, устройств и- систем автоматического регулирования через импульсную переходную функцию (217)
Часть II. МЕТОДЫ АНАЛИЗА СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ............................. 222
Глава X. Динамические звенья, их амплитудно-фазовые и логарифмические частотные
характеристики ............................ 223
1. Апериодическое звено (225).2. Апериодическое неустойчивое звено (228). 3. Усилительное звено (229). 4. Интегрирующее звено (230). 5. Колебательное звено (232). 6. Дифференцирующее звено первого порядка (237). 7. Дифференцирующее звено второго порядка (238). 8. Фазовая линейка (242). 9. Построение амплитудно-фазовых и логарифмических амплитудной и фазовой частотных характеристик последовательно соединенных групп типовых звеньев (244). 10. Экспериментальный метод определения вида передаточных функций и параметров групп типовых звеньев (246)
Глава XI. Исследование устойчивости систем автоматического регулирования .... 250
!. Общая постановка задачи устойчивости по Ляпунову и анализ устойчивости линейных систем прямым методом Ляпунова (250). 2. Устойчивость линейных систем автоматического регулирования по Ляпунову (257). 3. Алгебраические критерии устойчивости (264). 4. Частотные критерии устойчивости (268). 5. Анализ устойчивости одноконтурных систем автоматического регулирования по логарифмическим частотным характеристикам (276). 6. Анализ устойчивости многоконтурных систем автоматического регулирования по логарифмическим частотным характеристикам (284). 7. Анализ устойчивости систем автоматического регулирования с трансцендентными звеньями (292). 8. Выделение областей устойчивости с помощью D-разбиения (297)
Глава XII. Исследование качества систем автоматического регулирования...... 303
1. Основные показатели качества процессов регулирования (303). 2. Построение переходных процессов по заданным передаточным функциям замкнутых систем (305). 3. Определение показателей качества по расположению нулей и полюсов передаточной функции замкнутой системы (310). 4. Интегральные оценки качества (312). 5. Обобщенные частотные характеристики замкнутых систем регулирования и их связь с характеристиками переходных процессов (316). 6. Определение вещественных и мнимых частотных характеристик замкнутых систем по амплитудно-фазовым и логарифмическим частотным характеристикам разомкнутых систем (321). 7. Частотные оценки качества систем автоматического регулирования (327). 8. Частотные методы построения переходных процессов с помощью трапецеидальных характеристик (335). 9. Установление норм запасов устойчивости по фазе и модулю, обеспечивающих требуемые показатели качества систем регулирования (346)
Глава XIII. Динамическая точность систем автоматического регулирования..... 350
1. Коэффициенты ошибок (350). 2. Определение коэффициентов ошибок в системах автоматического регулирования с помощью логарифмических амплитудных характеристик (358). 3. Повышение точности систем автоматического регулирования путем применения комбинированного управления (365). 4. Случайные процессы (369). 5. Основные статистические характеристики случайных процессов и их свойства (373). 6. Определение средней квадратической ошибки в линейной системе автоматического регулирования при действии шумов (382). 7. Определение характеристик точности линейных систем автоматического регулирования по сумме квадратов динамической и случайной ошибок (389). 8. Определение импульсной переходной характеристики по экспериментальным данным (391)
Глава XIV. Нелинейные системы автоматического регулирования......... 394
1. Типы релейных элементов (395). 2. Анализ устойчивости нелинейных систем методом фазовой плоскости (399). 3. Применение метода гармонической линеаризации для анализа устойчивости нелинейных систем автоматического регулирования (411). 4. Структурные преобразования нелинейных систем автоматического регулирования (422). 5. Анализ автоколебаний в системах автоматического регулирования с двумя нелинейностями (424). 6. Двухконтурные нелинейные системы автоматического регулирования (426). 7. Способы подавления автоколебаний в нелинейных системах (430)
606
Глава XV. Импульсные системы автоматического регулирования........... 442
1. Математические основы теории импульсных устройств (443). 2. Передаточные функции импульсных систем автоматического регулирования (451). 3. Амплитудно-фазовые частотные характеристики импульсных систем (453). 4. Основы теории г-преобразования (457). 5. Методы анализа устойчивости импульсных систем регулирования (461). 6. Анализ качества и точности импульсных систем регулирования (472)
Глава XVI. Экстремальные системы автоматического регулирования......... 480
1. Методы поиска экстремума (481). 2. Способы организации движения к экстремуму (485). 3. Методы расчета динамических характеристик экстремальных регуляторов (489). 4. Выбор корректирующих устройств в экстремальных системах (494)
Часть III. МЕТОДЫ СИНТЕЗА СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ............................. 498
Глава XVII. Синтез систем автоматического регулирования при регулярных воздействиях .............................. 499
1. Постановка задачи синтеза систем автоматического регулирования (500).
2. Выбор параметров устройств неизменяемой части систем автоматического регулирования (502). 3. Построение желаемой амплитудной характеристики системы регулирования (507). 4. Синтез последовательных корректирующих устройств (510). 5. Синтез параллельных корректирующих устройств (512). 6. Синтез последовательных и параллельных корректирующих устройств (516). 7. Способы реализации последовательных и параллельных корректирующих устройств (522)
Глава XVIII. Синтез систем автоматического регулирования при случайных воздействиях .............................. 527
1. Постановка задачи синтеза на основе критерия минимума интегральной ошибки (527). 2. Синтез систем регулирования при наличии полезного сигнала и помехи (530). 3. Формулы для определения передаточных функций желаемой системы WM(s) (533). 4. Пример синтеза корректирующих устройств системы регулирования при действии полезного сигнала и помехи (535)
Глава XIX. Синтез оптимальных систем автоматического регулирования...... 538
1. Задачи регулирования (538). 2. Принцип максимума (540). 3. Теорема о числе переключений (543). 4. Примеры применения принципа максимума (546). 5. Задача синтеза оптимальных управлений (552). 6. Метод динамического программирования (554)
Приложение I. Дифференциальные уравнения и передаточные функции
объектов и устройств систем автоматического регулирования ......................... 560
Приложение II. Структурные преобразования линейных систем автоматического регулирования.................. 567
Приложение III. Амплитудно-фазовые частотные характеристики типовых
динамических звеньев................. 569
Приложение IV. Логарифмические амплитудные и фазовые частотные характеристики типовых динамических звеньев........ 571
Приложение V. Таблица /ги-функций.................. 573
Приложение VI. Формулы для вычисления интегралов от дробно-рациональных четных функций................ 583
Приложение VII. Формулы для определения коэффициентов гармонической
линеаризации типовых нелинейностей.......... 584
Приложение VIII. Таблица г-преобразований для передаточных функций 587
Приложение IX. Типовые корректирующие устройства систем автоматического регулирования .................. 589
Список литературы.......................... 598
Предметный указатель ............................. 600
Цена: 500руб.
