TEORIA STEROWANIA PROJEKTOWANIE UKŁADÓW REGULACJI

ISBN: 978-83-01-21532-3   515 stron format: B5 oprawa: miękka Rok wydania: 2021

Układy sterowania i regulacji wykorzystujące sprzężenie zwrotne są wszechobecne. Jesteśmy nimi otoczeni w życiu codziennym. Są nieodzowne w urządzeniach technicznych, natura wyposażyła w nie organizmy i systemy biologiczne, działają w systemach gospodarczych i ekonomicznych. Teoria sterowania jest elementarnym językiem, który pozwala zrozumieć i efektywnie projektować układy sterowania, dla różnorodnych zastosowań. Książka "TEORIA STEROWANIA. Projektowanie układów regulacji" jest podstawowym kursem takiego języka wzbogaconym w liczne przykłady i ćwiczenia pozwalające na nabycie biegłości w praktycznym projektowanie układów ze sprzężeniem zwrotnym.
Książka jest nowoczesnym podręcznikiem automatyki i teorii sterowania, prezentuje współczesny kanon wiedzy realizowany w programach studiów na całym świecie i jest dostosowana do współczesnych technik realizacji układów sterowania.
Książka przeznaczona jest dla studentów automatyki, robotyki, mechatroniki, elektroniki i innych kierunków z nimi związanych, oraz dla inżynierów zajmujących się projektowaniem, konfigurowaniem i eksploatowaniem nowoczesnych układów sterujących.

SPIS TREŚCI

Wstęp

CZĘŚĆ I. Liniowe modele układów dynamicznych

1. Liniowe modele układów dynamicznych-wprowadzenie
1.1. Systemy i sygnały
1.2. Modelowanie systemów
1.3. Linearyzacja - metody i przykłady

2. Modele układów dynamicznych z czasem ciągłym-równania stanu
2.1. Definicja zmiennych stanu
2.2. Liniowy układ dynamiczny
2.3. Rozwiązanie równania stanu
2.4. Rozwinięcie macierzy tranzycyjnej w szereg potęgowy
2.5. Postać macierzy tranzycyjnej w przypadku pojedynczych wartości własnych
macierzy stanu
2.6. Modalna postać trajektorii stanu w przypadku pojedynczych wartości własnych macierzy stanu
2.7. Macierz tranzycyjna i trajektoria wektora stanu w przypadku niediagonalizowalnej macierzy stanu
2.8. Trajektoria stanu wyznaczana od chwili zo> 0
2.9. Równanie wyjścia
2.10. Liniowe przekształcenie zmiennych stanu
2.11. Opis złożonych układów liniowych
2.12. Stabilne, liniowe układy dynamiczne

3. Modele układów dynamicznych z czasem ciągłym-transmitancja
3.1. Transmitancja liniowego układu dynamicznego
3.2. Transmitancja a liniowe równanie różniczkowe n-tego rzędu
3.3. Odpowiedź układu o jednym wejściu i jednym wyjściu
3.4. Transmitancja układów złożonych
3.5. Wybór zmiennych stanu dla układu o znanej transmitancji
3.6. Charakterystyki częstotliwościowe
3.7. Zera transmitancji

4. Modele układów dynamicznych z czasem dyskretnym-równania stanu
4.1. Dyskretyzacja w czasie
4.2. Liniowy, dyskretny układ dynamiczny
4.3. Rozwiązanie równania stanu
4.4. Właściwości macierzy tranzycyjnej układu dyskretnego
4.5. Postać macierzy tranzycyjnej układu dyskretnego w przypadku pojedynczych
wartości własnych macierzy stanu
4.6. Modalna postać trajektorii stanu w przypadku pojedynczych wartości własnych macierzy stanu
4.7. Macierz tranzycyjna i trajektoria wektora stanu układu dyskretnego w przypadku niediagonalizowalnej macierzy stanu
4.8. Dyskretna trajektoria stanu wyznaczana od chwili k0T> 0
4.9. Równanie wyjścia
4.10. Liniowe przekształcenie zmiennych stanu
4.11. Opis złożonych układów liniowych
4.12. Stabilne, liniowe, dyskretne układy dynamiczne

5. Modele liniowych układów dynamicznych z czasem dyskretnym - transmitancja
5.1. Transmitancja dyskretna liniowego układu dynamicznego
5.2. Transmitancja a liniowe równanie różnicowe Ž-tego rzędu
5.3. Odpowiedź układu o jednym wejściu i jednym wyjściu
5.4. Transmitancja dyskretna próbkowanego układu ciągłego
5.5. Transmitancja układów złożonych
5.6. Wybór zmiennych stanu dla układu o znanej transmitancji
5.7. Charakterystyki częstotliwościowe
5.8. Zera transmitancji

INTERMEDIUM Przykłady analizy układów dynamicznych
P1. Analiza właściwości układu drugiego rzędu o rzeczywistych, różnych wartościach własnych
P2. Analiza właściwości układu drugiego rzędu o podwójnych, rzeczywistych
wartościach własnych
P3. Analiza właściwości układu drugiego rzędu o zespolonych wartościach własnych

CZĘŚĆ II. Projektowanie układów sterowania

6. Sterowanie -struktury i wymagania
6.1. Struktury układów sterowania
6.2. Wymagania stawiane układom sterowania
6.3. Metody projektowania

7. Projektowanie ciągłych układów regulacji modelowanych za pomocą transmitancji
7.1. Transmitancyjne modele układów regulacji
7.2. Stabilność układu zamkniętego
7.3. Wrażliwość, odporności tłumienie zakłóceń w układzie zamkniętym
7.4. Układy odwracające fazę - ćwiczenia z kryterium Nyquista
7.5. Odtwarzanie harmonicznych wymuszeń i tłumienie harmonicznych zakłóceń
w stanach ustalonych
7.6. Odtwarzanie wielomianowych wymuszeń w stanach ustalonych - układy astatyczne
7.7. Związki między charakterystykami częstotliwościowymi a czasowymi
7.8. Ograniczenia i sposoby projektowania
7.9. Proste zasady projektowania skomplikowanych regulatorów
7.10. Składnik forsujący sterowania
7.11. Regulatory PID

8. Projektowanie dyskretnych układów regulacji modelowanych za pomocą skalarnej transmitancji
8.1. Transmitancyjne modele dyskretnych układów regulacji
8.2. Stabilność układu zamkniętego
8.3. Odtwarzanie wielomianowych wymuszeń w stanach ustalonych - dyskretne układy astatyczne
8.4. Odporność stabilności w układzie zamkniętym, tłumienie dyskretnych zakłóceń harmonicznych i odtwarzanie dyskretnych, harmonicznych wymuszeń
8.5. Metody projektowania dyskretnych układów regulacji
8.6. Dyskretne regulatory PID

9. Sterowalność i obserwowalność układów ciągłych
9.1. Podstawowe zależności opisujące ciągłe układy dynamiczne w przestrzeni stanów
9.2. Sterowalność układów ciągłych
9.3. Obserwowalność układów ciągłych
9.4. Dekompozycja Kalmana i realizacja minimalna

10. Sterowalność i obserwowalność układów dyskretnych
10.1. Podstawowe zależności opisujące dyskretne układy dynamiczne w przestrzeni stanów
10.2. Sterowalność układów dyskretnych
10.3. Obserwowalność układów dyskretnych
10.4. Dekompozycja Kalmana i realizacja minimalna
10.5. Sterowalność a okres próbkowania

11. Lokowanie biegunów układu zamkniętego
11.1. Statyczne sprzężenie zwrotne od wyjścia obiektu
11.2. Statyczne sprzężenie zwrotne od wektora stanu w układzie jednowejściowym
11.3. Astatyzm w jednowejściowym układzie ze sprzężeniem zwrotnym od wektora stanu
11.4. Sprzężenie od wektora stanu minimalizujące kwadratowy wskaźnik jakości - układ ciągły
11.5. Sprzężenie od wektora stanu minimalizujące kwadratowy wskaźnik jakości - układ dyskretny
11.6. Lokowanie biegunów układu dyskretnego w zerze - układy dead-beat
11.7. Przykłady projektowania układów sterowania metodą lokowania biegunów

12. Odtwarzanie zmiennych stanu
12.1. Obserwator Luenbergera
12.2. Projektowanie obserwatora w układzie jednowyjściowym
12.3. Obserwator zakłóceń
12.4. Obserwator zredukowany
12.5. Wykorzystanie obserwatora do przesuwania biegunów w układzie o jednym wejściu i jednym wyjściu
12.6. Obserwator + regulator proporcjonalny = kompensator dynamiczny
12.7. Regulacja ze składnikiem forsującym
12.8. Astatyzm w układzie z obserwatorem
12.9. Przykłady projektowania układów regulacji z obserwatorem

DODATKI

DO. Matematyczne podstawy automatyki
D0.1. Liczby i wektory
D0.2. Elementy analizy matematycznej
DO.3. Podstawy rachunku macierzowego

D1. Transformata Laplace‘a
D1.1. Definicja
D1.2. Podstawowe właściwości przekształcenia Laplace‘a
D1.3. Przykłady wykorzystania właściwości transformaty Laplace‘a
D1.4. Obliczanie transformat odwrotnych

D2. Transformata Z
D2.1. Definicja transformaty Z
D2.2. Właściwości transformaty Z
D2.3. Transformata odwrotna
D2.4. Liniowe równania różnicowe

D3. Typowe elementy liniowych, ciągłych systemów dynamicznych
D3.1. Element proporcjonalny
D3.2. Element inercyjny pierwszego rzędu
D3.3. Idealny element całkujący
D3.4. Idealny element różniczkujący
D3.5. Element różniczkujący rzeczywisty (różniczkujący z inercją)
D3.6. Regulator PD
D3.7. Element całkujący z inercją
D3.8. Element inercyjny drugiego rzędu
D3.9. Element oscylacyjny
D3.10. Element opóźniający
D3.11. Korektor opóźniający fazę
D3.12. Korektor przyspieszający fazę
D3.13. Korektor przyspieszająco/opóźniający fazę
D3.14. Regulator PI
D3.15. Regulator PID

D4. Dyskretne odpowiedniki elementarnych układów dynamicznych
D4.1. Element inercyjny pierwszego rzędu
D4.2. Element całkujący
D4.3. Element różniczkujący
D4.4. Układ różniczkujący z inercją
D4.5. Regulator PD
D4.6. Układ całkujący z inercją
D4.7. Układ inercyjny drugiego rzędu
D4.8. Układ oscylacyjny
D4.9. Element opóźniający
D4.10. Korektor opóźniający fazę
D4.11. Korektor przyspieszający fazę
D4.12. Regulator Pl

Bibliografia, a raczej, co jeszcze przeczytać

Skorowidz