Ивановский государственный энергетический университет
Кафедра электропривода и автоматизация промышленных установок
Электронный конспект лекций
ОСНОВНЫЕ РАЗДЕЛЫ СОВРЕМЕННОЙ ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Колганов Алексей Руфимович,
доктор технических наук, профессор кафедры
«Электропривод и автоматизация промышленных установок»
Ивановского государственного энергетического университета
Тел. (0932) 385795, (0932) 419063
До пятидесятых годов ХХ века классической теорией автоматического регулирования (ТАР) было принято называть базирующуюся на рассмотрении линейных дифференциальных уравнений теорию устойчивости и качества процессов в системе объект - регулятор. Основы этой теории были заложены И.А. Вышнеградским и Дж. Максвеллом. По существу она тесно соприкасалась с теорией устойчивости «в малом» А.М. Ляпунова, но имела ярко выраженную инженерную направленность.
Под влиянием потребностей автоматизации управления технологическими процессами и движущимися объектами в сороковых и пятидесятых годах прошлого века интенсивно развивалась теория автоматического управления (ТАУ). Она впитала существующие в то время методы теории связи теории колебаний и создала собственные методы анализа и синтеза систем с обратной связью. Эта прикладная теория автоматического управления именовалась в то время современной. Получив во многом завершенные формы, она составила предмет учебных дисциплин технических вузов, многочисленных учебников и учебных пособий. До настоящего времени она является основным инструментом предварительного анализа и синтеза локальных систем стабилизации на стадии их проектирования.
В рамках этой инженерной теории использовались методы, основанные на частотном анализе, алгебре передаточных функций, преобразовании Лапласа. Задача управления технологическими процессами и движущимися объектами решалась в «малом».
Таким образом, предметом этой теории для сложных объектов являлось решения множества частных задач на каждом этапе или режиме технологического процесса и движущегося объекта. Увязка всех этих частных задач для достижения конечной цели управления производилась на стадии проектирования системы на основе априорной информации с помощью методов, внешних по отношению к данной теории.
В конце пятидесятых - начале шестидесятых годов, когда Л.С. Понтрягиным была создана математическая теория оптимальных процессов, Р. Беллман предложил метод динамического программирования, а Р. Калман разработал общую теорию фильтрации и управления, были заложены основы современной теории автоматического управления. (СТАУ)
Основным характерными признаками СТАУ является описание процессов в пространстве состояний и применения для решения задач анализа и синтеза систем методов пространства состояний.
В курсе лекций, который перед Вами, мы представим:
Курс имеет целью изучение современных методов теории пространства состояния для решения задач анализа и синтеза систем автоматического управления.
Полученные в курсе сведения используются в дальнейшем при изучении практически всех профилирующих дисциплин специальности, выполнении курсовых и дипломных проектов.
Основной задачами курса являются:
а) высшая математика - дифференциальное, интегральное и операционное исчисление, матрицы, функции от матриц, матричная алгебра, теория дифференциальных уравнений.
б) теория автоматического управления (классическая) - принципы построения и элементный состав систем автоматического управления, преобразование Лапласа, передаточные функции, графы и структурные схемы.
в) теоретические основы электротехники - математическое описание электрических цепей, переходные процессы в линейных и нелинейных цепях.
Материал электронного курса «Основные разделы современной теории автоматического управления» посвящен теоретическим и практическим вопросам изучения и применения методов пространства состояния для конструирования и изучения систем автоматического управления динамическими объектами на уровне их векторно-матричных моделей в непрерывном и дискретном времени.
Теоретическая часть курса дает представление о методах и алгоритмах анализа и синтеза систем управления с использованием современной теории пространства состояния.
Изучение практических вопросов предлагаемого материала позволяет сформировать начальные навыки по построению и использованию векторно-матричных моделей электромеханических систем в задачах автоматического управления. Этот материал в первую очередь ориентирован на использования компьютерного комплекса функционального проектирования систем управления динамическими объектами FuncPro 1.0 [6]. Приведенные здесь схемы моделей созданы и апробированы в среде этого комплекса.
Программное обеспечение компьютерного комплекса FuncPro 1.0, электронное руководство по его применению, практическое пособие [6] могут быть поставлены Вам при дополнительном обращении.