Введение

Техника управления большинством промышленных объектов базируется на применении обратных связей по координатам (переменным состояния) объектов управления (ОУ) и возмущениям внешней (по отношению к ОУ) среды. При этом зачастую системы автоматического управления (САУ) содержат элементы различной физической природы (электрической, механической, химической и др.).

Впервые принцип обратной связи был применен в Греции за 300 лет до н. э. Это был простейший регулятор прямого действия - поплавковый регулятор уровня жидкости. Первой системой с обратной связью, изобретенной в современной Европе, был регулятор температуры голландца Корнелиуса Дреббеля (1572-1633).

В России первая система с обратной связью была создана И. Ползуновым в 1765 г., в основе которой лежал поплавковый регулятор уровня воды, подаваемой в паровой котел.

Первым автоматическим регулятором, нашедшим широкое промышленное применение в Европе, общепризнанно считается центробежный регулятор скорости вращения вала паровой машины, предложенный в 1769 г. англичанином Джеймсом Уаттом (при увеличении скорости вала уменьшалась подача пара в паровую машину).

Основы математической теории управления линейных САУ были заложены крупнейшим английским физиком Дж. Максвеллом и российским ученым И. А Вышнеградским во 2-й половине 19-го века, когда были предложены оценки влияния параметров ОУ на поведение САУ с обратной связью. Алгебраические критерии устойчивости линейных САУ были в разной трактовке предложены Раусом (1877 г.) и Гурвицем (1895 г.).

Общая математическая теория устойчивости линейных и нелинейных САУ разработана российским ученым А. М. Ляпуновым (1892 г.)

Впервые частотные критерии устойчивости систем с обратной связью были сформулированы американскими учеными Х. Найквистом (1932 г.) и Г. Боде (середина 20-го века) при создании электронных усилителей мощности сигналов в телефонии. В эти же годы советские ученые В. В. Солодовников, Ю. И. Неймарк, Я. З. Цыпкин, А. А. Воронов и др. разработали целый ряд частотных методов исследования САУ.

В создание современной теории оптимального управления, основывающейся на понятии пространства состояния динамических систем, большой вклад внесли американские ученые Р. Беллман, Р. Калман, Ю. Ту, Б. Куо, Р. Изерман, а также советские ученые А. А. Фельдбаум, Л.С. Понтрягин, А. М. Летов, Н. Н. Красовский, Б. Н. Петров, Е. П. Попов и многие др.

Фундаментальными свойствами САУ являются устойчивость, качество, управляемость, наблюдаемость, чувствительность, инвариантность.

Предметом изучения данной дисциплиныявляются следующие объекты:

• основные задачи ТАУ, принципы автоматического управления;

• основные функциональные элементы, блоки и структуры САУ;

• математические методы описания САУ (модели динамических управляемых систем);

• передаточные функции одномерных и многомерных систем;

• типовые динамические звенья и структурные схемы САУ;

• основные понятия современной ТАУ: состояние, матрица перехода, управляемость, наблюдаемость и др.;

• линейные модели дискретных и дискретно-непрерывных систем управления;

• методы синтеза корректирующих устройств САУ;

• специфические свойства сложных технических систем управления и принципы их построения.

В результате изучения дисциплины студент должен:

• иметь представление о месте теории управления техническими системами в системе других изучаемых дисциплин;

• владеть основными понятиями и терминологией теории автоматического управления;

• знать основные принципы и функциональные схемы систем автоматического управления;

• знать типовые динамические звенья САУ и их характеристики;

• знать и уметь пользоваться основными методами синтеза корректирующих устройств САУ, в том числе дискретных и дискретно-непрерывных САУ.