Niniejszy skrypt został opracowany na podstawie wykładów prowadzonych przez autora w Politechnice Świętokrzyskiej na Wydziale Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki oraz na Wydziale Mechatroniki i Budowy Maszyn. Przedstawiony materiał jest dostosowany do obowiązujących programów nauczania z podstaw automatyki i teorii sterowania, wykładanych na studiach dziennych dla kierunku elektrotechnika. W skrypcie zasadniczą uwagę zwrócono na problemy dotyczące modelowania i analizy dynamiki procesów. Jego treść można podzielić na cztery zasadnicze części:
- pojęcia podstawowe teorii regulacji (rozdział 1),
- metody opisu matematycznego układów liniowych (rozdziały 2, 3 14),
- metody analizy teoretycznej liniowych układów dynamicznych (rozdziały 5, 6, 7 i 8),
- metody syntezy układów sterowania obiektami liniowymi (rozdział 9).
Zagadnienia przedstawione w skrypcie zostały zilustrowane licznymi oryginalnymi lub zaczerpniętymi z literatury przykładami. W celu ułatwienia studiowania podstaw dynamiki i automatyki procesów mniejszą uwagę poświęcono stronie teoretycznej, rezygnując z przedstawiania dowodów lub omawiania przypadków rzadziej spotykanych w praktyce - odsyłając jednocześnie zainteresowanych Czytelników do literatury. W końcowej części materiałów do każdego rozdziału zamieszczono pytania i zadania bez rozwiązań, które powinny ułatwić uczenie się przerabianych partii materiału.
Spis treści:
Przedmowa
1. Wprowadzenie
1.1. Pojęcia podstawowe
1.1.1. Obiekty sterowania
1.1.2. Zasady automatycznego sterowania
1.1.3. Zasady automatycznego nadzoru
1.2. Układy regulacji automatycznej
1.2.1. Schemat funkcjonalny układu regulacji automatycznej
1.2.2. Elementy układu regulacji automatycznej
1.2.3. Techniki regulacji
1.3. Klasyfikacja układów sterowania
2. Podstawy teoretyczne liniowych układów dynamicznych
2.1. Podstawy teoretyczne ciągłych układów dynamicznych
2.1.1. Podstawowe właściwości przekształcenia Laplace'a
2.1.2. Odwrotne przekształcenie Laplace'a
2.2. Podstawy teoretyczne dyskretnych układów dynamicznych
2.2.1. Wprowadzenie
2.2.2. Analiza procesu próbkowania
2.3. Przekształcenie Z
2.3.1. Definicja
2.3.2. Transformaty podstawowych funkcji
2.3.3. Właściwości przekształcenia Z
2.3.4. Odwrotne przekształcenie Z
2.3.5. Zmodyfikowane przekształcenie Z
3. Metody opisu układów liniowych
3.1. Równania różniczkowe i różnicowe
3.1.1. Równania różniczkowe
3.1.2. Równania różnicowe
3.2. Transmitancje operatorowe
3.2.1. Transmitancja operatorowi układu ciągłego
3.2.2. Transmitancj a operatorowi układu dyskretnego
3.3. Transmitancje widmowe
3.3.1. Transmitancja widmowa układu ciągłego
3.3.2. Transmitancja widmowa układu dyskretnego
3.4. Równania stanu
3.4.1. Równania stanu układów ciągłych
3.4.2. Równania stanu układów dyskretnych
3.5. Charakterystyki czasowe
3.5.1. Charakterystyki czasowe układów ciągłych
3.5.2. Charakterystyki czasowe układów dyskretnych
3.6. Charakterystyki częstotliwościowe
3.6.1. Charakterystyki częstotliwościowe układów ciągłych
3.6.2. Charakterystyki częstotliwościowe układów dyskretnych
3.6.3. Eksperymentalne wyznaczanie charakterystyk częstotliwościowych
3.6.4. Związek między charakterystykami czasowymi a częstotliwościowymi
4. Modelowanie matematyczne układów liniowych
4.1. Wprowadzenie
4.2. Modele matematyczne
4.2.1. Klasyfikacja modeli matematycznych
4.2.2. Ogólne zasady modelowania matematycznego
4.3. Modelowanie układów elektrycznych
4.4. Modelowanie układów mechanicznych
4.5. Modelowanie układów elektromechanicznych
4.6. Modelowanie układów hydraulicznych i pneumatycznych
4.7. Modelowanie układów cieplnych
4.8. Metoda analogii elektrycznej
4.9. Identyfikacja obiektów sterowania
5. Metody analizy układów liniowych
5.1. Metody klasyczne
5.1.1. Rozwiązanie szczególne równania różniczkowego
5.1.2. Rozwiązanie ogólne równania różniczkowego
5.1.3. Rozwiązanie równań różnicowych
5.2. Metody operatorowe
5.2.1. Schematy blokowe
5.2.2. Grafy przepływu sygnałów
5.2.3. Postać kanoniczna układu ze sprzężeniem zwrotnym
5.2.4. Dyskretna aproksymacja układów ciągłych
5.2.5. Podstawowe parametry członów dynamicznych i układów regulacji
5.2.6. Regulacja statyczna i astatyczna
5.3. Metody częstotliwościowe
5.3.1. Człony podstawowe
5.3.2. Człony minimalnofazowe i nieminimalnofazowe
5.3.3. Wyznaczanie charakterystyk częstotliwościowych
5.4. Metody przestrzeni stanów
5.4.1. Wprowadzenie
5.4.2. Przedstawienie ciągłych układów sterowania w przestrzeni stanów
5.4.3. Przedstawienie dyskretnych układów sterowania w przestrzeni stanów
5.4.4. Transformacje zmiennych stanu
5.4.5. Rozwiązanie ciągłych równań stanu
5.4.6. Rozwiązanie dyskretnych równań stanu
6. Stabilność
6.1. Wprowadzenie
6.2. Algebraiczne kryteria stabilności
6.2.1. Kryterium Routha
6.2.2. Kryterium Hurwitza
6.3. Częstotliwościowe kryteria stabilności
6.3.1. Zapas stabilności
6.3.2. Kryterium Nyquista
6.3.3. Logarytmiczne kryterium stabilności
6.4. Stabilność wielowymiarowych układów sterowania
6.5. Stabilność układów dyskretnych
7. Sterowalność i obserwowalność układów liniowych
7.1. Pojęcia podstawowe
7.2. Sterowalność
7.3. Obserwowalność
7.4. Struktura układu niecałkowicie sterowalnego i obserwowalnego
7.5. Skracanie wspólnych czynników
7.6. Sterowalność i obserwowalność układów dyskretnych
8. Metody oceny jakości sterowania układów ciągłych
8.1. Wprowadzenie
8.2. Dokładność statyczna
8.3. Kryteria rozkładu pierwiastków równania charakterystycznego
8.4. Kryteria czasowe
8.5. Kryteria częstotliwościowe
8.6. Kryteria całkowe
8.7. Wrażliwość układów sterowania
8.8. Ocena jakości regulacji układów dyskretnych
8.8.1. Jakość regulacji
8.8.2. Analiza wpływu okresu próbkowania na dynamikę układu
9. Synteza układów liniowych
9.1. Wprowadzenie
9.2. Regulatory
9.2.1. Regulatory analogowe
9.2.2. Analogowe człony korekcyjne
9.2.3. Dyskretne regulatory typu PID
9.3. Metody zwiększania dokładności statycznej
9.4. Metody syntezy ciągłych układów jednowymiarowych
9.4.1. Metody częstotliwościowe
9.4.2. Metody rozkładu pierwiastków równania charakterystycznego
9.4.3. Metody czasowe
9.4.4. Metody całkowych kryteriów jakości
9.4.5. Metody przestrzeni stanów
9.5. Metody syntezy ciągłych układów wielowymiarowych
9.6. Metody syntezy układów dyskretnych
9.6.1. Określenie struktury regulatora dla zadanej transmitancji układu zamkniętego
9.6.2. Określenie struktury regulatora dla zadanego przebiegu odpowiedzi czasowej układu
9.6.3. Wyznaczanie wartości parametrów regulatora stanu
9.6.4. Wyznaczanie parametrów klasycznych algorytmów regulacji
9.7. Sterowanie optymalne dla kwadratowego wskaźnika jakości
Pytania
Zadania
Literatura
