Основы современной теории автоматического управления с моделями и алгоритмами в MATLAB

Введение 6 1. Общие сведения о системах автоматического управления и их классификация 8 1.1. Основные понятия и определения .8 1.2. Основные элементы систем управления 9 1.3. Структура системы управления 10 1.4. Классификация систем автоматического управления 13 Контрольные вопросы 20 2. Линейные непрерывные модели САУ 22 2.1. Модели линейных систем 22 2.2. Взаимосвязь передаточной функции объекта с его моделью в пространстве состояний 29 2.3. Применение MATLAB для определения изображений и оригиналов функций в операторном виде 34 Контрольные вопросы 37 3. Структурные схемы САУ и способы их преобразования 38 3.1. Основные теоретические положения 38 3.2. Основные правила преобразования структурных схем 38 3.3. Структурные преобразование с помощью пакета MATLAB 44 3.4. Способы объединения подсистем в единую систему и уравнения ее состояния 45 3.5. Составление файла для выполнения индивидуального задания.. 47 Контрольные вопросы 50 4. Характеристики линейных систем 52 4.1. Коэффициент передачи (усиления) в установившемся режиме 52 4.2. Импульсная характеристика 54 4.3. Переходная характеристика 55 4.4. Частотные характеристики 57 4.5. Построение частотных характеристик в среде MATLAB 63 Контрольные вопросы 67 5. Временные характеристики типовых динамических звеньев 68 5.1. Простейшие звенья 68 5.2. Динамические звенья первого порядка 74 5.3. Динамические звенья второго порядка 79 Контрольные вопросы 82 6. Частотные характеристики динамических звеньев 84 6.1. Частотные характеристики простейших звеньев 84 6.2. Частотные характеристики звеньев первого порядка .86 6.3. Частотные характеристики звеньев второго порядка 89 6.4. Правила построения частотных характеристик элементарных звеньев 94 Контрольные вопросы 95 7. Устойчивость систем автоматического управления 97 7.1. Основные понятия и определения устойчивости системы 97 7.2. Свободная и вынужденная составляющие уравнения динамики 99 7.3. Условия устойчивости линейной системы по виду корней характеристического уравнения 101 7.4. Определение условий устойчивости системы по уравнениям ее состояния 103 7.5. Необходимое условие устойчивости САУ 105 Контрольные вопросы 106 8. Критерии устойчивости линейных систем 107 8.1. Алгебраический критерий Гурвица 107 8.2. Частотный критерий Найквиста 110 8.3. Частотный критерий Михайлова 117 8.4. Анализ устойчивости САУ по ЛЧХ 120 Контрольные вопросы 122 9. Методы синтеза регуляторов линейных непрерывных систем 123 9.1. Постановка задачи синтеза корректирующих устройств 123 9.2. ПИД-регуляторы 124 9.3. Метод размещения полюсов 126 9.4. Метод коррекции частотных характеристик системы 128 9.5. Пример синтеза корректирующего устройства по ЛАФЧХ 130 9.6. Комбинированная коррекция системы на онове распределенных регуляторов 135 9.7. Параметризация Юла для множества стабилизирующих регуляторов 137 Контрольные вопросы 140 10. Оценка точности регулирования в установившехся режимах 141 10.1. Точность в установившемся режиме 141 10.2. Временные оценки качества переходного процесса 142 10.3. Частотные оценки качества переходного процесса 144 10.4. Корневые оценки качества систем 147 10.5. Робастность 148 Контрольные вопросы 151 11. Модальное управление. Алгоритмизация и моделирование в среде MATLAB 152 11.1. Постановка задачи модального управления по спектру матрицы замкнутой системы 152 11.2. Синтез модального регулятора на базе стандартных полиномов 156 11.3. Инструментарий MATLAB для синтеза модального регулятора 160 11.4. Пример синтеза и моделирования системы в среде MATLAB 162 Контрольные вопросы 170 12. Оценивание состояния объекта и возмущений 172 12.1. Постановка задачи оценивания состояния 172 12.2. Алгоритм работы наблюдателя состояния полного порядка 173 12.3. Синтез наблюдающего устройства полного порядка 176 12.4. Инструментарий MATLAB для моделирования наблюдателей 179 12.5. Алгоритм синтеза наблюдателя полного порядка для оценки возмущений и шумов измерений 181 12.6. Пример расчета наблюдателя системы управления курсом судна для оценки возмущений и шумов измерений 183 12.7. Синтез наблюдателя для оценивания вектора переменных состояния объекта на основе фильтра Калмана 187 Контрольные вопросы 193 13. Оптимальное управление. Алгоритмизация и моделирование в среде MATLAB 195 13.1. Постановка задачи оптимального управления системой с полной обратной связью 195 13.2. Алгоритм синтеза оптимального управления методом динамического программирования 196 13.3. Алгоритм синтеза оптимального управления на основе уравнения Риккати 200 13.4. Инструментарий LQR-оптимизации управления в среде MATLAB 206 Контрольные вопросы 211 Заключение 213 Библиографический сисок 214 Приложение 216