Системы автоматического управления

B учебном пособии приводятся рекомендации и задачи для выполнения индивидуальных заданий по курсу «Цифровые системы управления». Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 220200 – «Автоматизация и управление».

В курсе лекций автор описывает методы принятия решений в условиях неопределенности, моделируемой случайными процессами. Рассматриваются процессы, вероятностные характеристики, которых могут внезапно меняться. Описываемые модели и методы нацелены на обнаружение (оценки) этих моментов. Книга рассчитана на исследователей, создающих автоматические системы для управления сложными объектами. Освоение ее инженерами не только даст в руки им новые методы, но и откроет специальную область современной математики, которая востребована практикой, но малодоступна, так как изложена книгах и статьях, расчитанных только на профессиональных математиков.

Рассматривается широкий круг задач эффективной автоматизации промышленных объектов: – анализ рынка программных и технических средств автоматизации и позиционирование на нем российских участников; – технические требования на средства/системы автоматизации; – прогноз эффективности разрабатываемых систем автоматизации; – организация и проведение конкурсов (тендеров) для выбора средств/ систем автоматизации; – аудит эффективности эксплуатируемых систем автоматизации; – достижение рационального уровня автоматизации производства; – распределение финансовых ресурсов на проекты автоматизации. Книга рассчитана на сотрудников служб автоматизации предприятий; на специалистов по автоматизации в проектных институтах, НИИ и ОКБ; на разработчиков и производителей средств и систем автоматизации; на системных интеграторов в области автоматизации. Книга может использоваться преподавателями в качестве учебного пособия по курсам автоматизации, а также аспирантами и научными работниками в области автоматизации предприятий, поскольку дает срез современного состояния автоматизации производства и приводит методы ее развития с учетом возможностей современных программных и технических средств и имеющихся у предприятий финансовых ресурсов.

В пособии рассмотрены общие принципы построения и конкретные варианты реализации локальных сетей, а также правила их проектирования. Описаны методика разработки проекта сети кампуса, последовательность поверочного расчета проектируемой сети рабочей группы, этапы проектирования аппаратного и программного обеспечения. Практический интерес для курсового и дипломного проектирования представляют изложенные в пособии принципы проектирования сети на основе системы автоматического проектирования Netwizard известной фирмы 3Сom. Ил. 13. Табл. 8. Библиогр. 15 назв.

Рассмотрены технические и программные средства управляющей вычислительной техники, широко внедряемые для автоматизации технологических процессов в промышленной и непромышленной среде. Описаны промышленные контроллеры, управляющие вычислительные комплексы и локальные промышленные вычислительные сети, обеспечивающие построение современных многоуровневых распределенных систем управления. Содержание книги соответствует курсу лекций, читаемых в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Для студентов, обучающихся по направлению «Информатика и вычислительная техника» и специальностям «Управление и информатика в технических системах», «Автоматизация технологических процессов и производств». Может быть полезно аспирантам и инженерно-техническим работникам, занимающимся автоматизацией технологических процессов и производств.

Книга посвящена решению проблемных вопросов при разработке и создании адаптивных систем управления технологическими процессами с нестационарными параметрами в условиях стохастического характера их изменения. Большинство современных систем автоматического управления следует относить к нелинейным и нестационарным, так как в зависимости от режимов и времени работы изменяются их параметры. В этом случае динамические процессы в системах управления описываются интегральными, дифференциальными или эквивалентными им разностными уравнениями с переменными коэффициентами (уравнениями регрессии). На примере анализа дискретных технологических процессов рассматривается адаптивное управление процессами с нестационарными параметрами на основе мультиканального мониторинга, когда в реальном масштабе времени одновременно измеряется большое количество технологических параметров, по результатам измерения которых и реализуется адаптивное управление с использованием активной или пассивной идентификации. Книга адресована студентам старших курсов, аспирантам и преподавателям высших учебных заведений, специалистам в области проектирования и создания энергосберегающих автоматизированных систем управления технологическими процессами и производствами.

Приведено описание технических средств моделирования интеллектуальных систем при использовании современной элементной базы. К таким средствам относятся микропроцессоры, транспьютеры, сигнальные процессоры, нейрокомпьютеры и оптические процессоры. Рассмотрены интегрированная среда моделирования и моделирующие комплексы (аналоговые и аналого-цифровые). На конкретных примерах описаны стенды для физического и полунатурного моделирования. Автоматизация моделирования также рассмотрена на примере описания интеллектуальных технологий в автоматизации проектирования систем управления базами моделей. Рассмотрены интеллектуальные средства моделирования сети Интернет: электронная почта, доски объявлений, телеконференции. Приведены оценки качества и эффективности работы систем, а также требования к техническим средствам стендов с точки зрения обеспечения надежности их работы. Для студентов старших курсов МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих дисциплину «Моделирование и испытание систем автоматического управления».

В монографии освещены современное состояние и результаты исследований авторов по геометрическим методам анализа и синтеза нелинейных систем управления. Изложены дифференцирование Ли тензорных полей, теория распределений и их интегрируемость, теория групп и алгебр Ли применительно к задачам управления. Представлены методы синтеза на основе аппроксимации присоединенного представления однопараметрических групп, по линейным эквивалентам, с использованием процедуры пассификации, приведением нелинейной системы к каноническому виду. Рассмотрены вопросы управляемости, наблюдаемости, достижимости, синтеза наблюдателей для нелинейных систем, а также топологический подход к синтезу функций Ляпунова и качественному исследованию нелинейных систем. Большое внимание уделяется графическому представлению и приложениям геометрических методов. Монография предназначена для научных работников, инженеров, а также аспирантов и студентов, интересующихся нелинейной теорией автоматического управления.

В книге приведены результаты по классическим разделам теории автоматического управления: устойчивости, управляемости и наблюдаемости. Книга содержит как параграфы, содержащие основные положения соответствующих разделов, так и многочисленные задачи по теории автоматического управления и смежным вопросам. При этом задачи в большинстве своем носят скорее теоретический характер, они фактически содержат фундаментальные утверждения по самым различным разделам теории устойчивости, управляемости, наблюдаемости, другим смежным проблемам. Книга является отражением как учебных курсов, читаемых на кафедре «Нелинейных динамических систем» факультета ВМК МГУ, так и научных исследований, проводимых сотрудниками кафедры. Она может быть рекомендована как для аспирантов и студентов, специализирующихся в области автоматического управления, так и для специалистов в данной области. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 13-07-07006.

Рассмотрен анализ и синтез линейных дискретных автоматических систем при случайных воздействиях. Дан вывод уравнения Винера–Хопфа, приведено решение этого уравнения для стационарной одномерной задачи. Описано решение задачи оптимальной фильтрации для линейных дискретных систем, получено уравнение фильтра Калмана для стационарной задачи. Изложены метод фазовой плоскости для дискретных систем и способы построения фазовых траекторий нелинейных дискретных систем второго порядка. Приведен анализ устойчивости нелинейных дискретных систем с помощью прямого метода Ляпунова, в том числе анализ абсолютной устойчивости. Изложены методы гармонической линеаризации для дискретных автоматических систем и принцип максимума для дискретных систем управления. Рассмотрена задача синтеза дискретных систем, оптимальных по быстродействию и по квадратичному критерию. Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих курс «Теория автоматического управления».

В монографии рассматривается синтез линейных непрерывных и дискретных систем автоматического управления методом желаемых передаточных функций (ЖПФ). Приводится как сам алгоритм синтеза, так и способ определения ЖПФ по заданным показателям качества: времени регулирования, перерегулированию, порядку астатизма и характеру переходного процесса. Рассматривается также алгоритм синтеза оптимальных по степени устойчивости параметров регулятора, разработанный на основе критерия маргинальной устойчивости. Для магистрантов, аспирантов и научных сотрудников.

В книге впервые с общенаучной точки зрения решается крупная прикладная проблема синтеза объективных законов управления нелинейными, многомерными и многосвязными объектами летательными аппаратами (ЛА). Эти законы обеспечивают асимптотическую устойчивость в целом, параметрическую робастность и инвариантность к внешним возмущениям замкнутой системы «ЛА–автопилот». В книге рассмотрено применение новых принципов и нелинейных методов синергетической теории управления для решения разнообразных задач аналитического синтеза автопилотов, обеспечивающих требуемые характеристики и режимы движения ЛА. Предсказано решение задач аналитического синтеза систем взаимосвязанного управления пространственным движением ЛА и пространственной ориентацией космических ЛА. Значительная часть книги посвящена проблемам управления ЛА класса «самолетамфибия». Книга адресована студентам, аспирантам и специалистам, интересующимся проблемами динамики полета и управления движением современных и перспективных ЛА.

В монографии исследованы принципы построения робастных систем управления. Получены условия выбора параметров управляющего устройства, синтезированного с помощью метода внутренней модели, которые обеспечивают компенсацию возмущений с заданной точностью. При этом замкнутая система имеет требуемое характеристическое уравнение. Рассмотрены задачи робастного управления для различных структурно-неопределенных математических моделей объекта управления. Приводятся результаты по применению робастных систем управления для сингулярно-возмущенных объектов и принципы построения систем управления путем введения быстрых составляющих. Получены интегральные алгоритмы робастного управления для различных типов объектов. В отличие от ранее полученных алгоритмов, они не требуют выделения сигнала, несущего информацию о возмущениях, что приводит к упрощению их технической реализации. Предлагается новый принцип построения робастных систем управления, позволяющий компенсировать параметрические и внешние возмущения с заданной точностью при наличии помех в каналах измерения. Выделен класс объектов, в которых можно скомпенсировать возмущения и помехи на выходе объекта управления. С помощью предлагаемых подходов спроектированы робастные системы управления для различных типов объектов: стационарных и нестационарных, с запаздыванием и без запаздывания, линейных и нелинейных, а также для многосвязных. Все предлагаемые подходы теоретически обоснованы, а для иллюстрации полученных результатов приводятся числовые примеры и результаты их моделирования. Часть результатов ранее не публиковалась. Книга предназначена научным работникам, инженерам, преподавателям, аспирантам и студентам, специализирующимся в области автоматического управления и прикладной математики. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 12-08-07013д

Данный выпуск посвящен 60-летию академика Сергея Константиновича Коровина. Своим посвящением авторы статей отмечают выдающийся вклад С. К. Коровина в развитие современных методов качественного анализа и управления сложными динамическими системами. В сборник включены работы за 2005 г., посвященные исследованиям фундаментального и прикладного характера в области нелинейной и хаотической динамики, управлению в условиях неопределенности, оптимизации, стабилизации и устойчивости сложных систем и вопросам их применения в биотехнологии, информатике, экономике и других высокотехнологичных сферах деятельности. Для специалистов по автоматическому управлению, аспирантов и студентов, интересующихся современным состоянием теории обратной связи и ее приложениями.

Монография содержит обобщенные, системно выверенные и опирающиеся на многолетний опыт проектирования автоматизированных систем сведения и рекомендации, которые должны оказать помощь широкому кругу читателей (руководителям библиотек и информационных органов, ведущим сотрудникам подразделений автоматизации, руководителям и ведущим сотрудникам организаций и фирм – разработчиков автоматизированных библиотечно-информационных систем) при решении ими задач, связанных с созданием, внедрением и развитием современных автоматизированных систем и информационных технологий. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 07-07-07000

Учебное пособие посвящено задачам теории линейных непрерывных и дискретных систем автоматического управления. Задачи по каждой теме предваряются необходимыми теоретическими материалами и разбором примеров. Сборник в основном ориентирован на учебник Д. П. Кима «Теория автоматического управления. Том 1. Линейные системы». Рекомендовано УМО вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 220400 «Мехатроника и робототехника».

Учебное пособие содержит задачи по теории многомерных, нелинейных, оптимальных и адаптивных систем автоматического управления. Задачи по каждой теме предваряются необходимыми теоретическими материалами и разбором примеров. Сборник в основном ориентирован на учебник Д. П. Кима «Теория автоматического управления, Том 2. Многомерные, нелинейные, оптимальные и адаптивные системы». Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 220400 «Мехатроника и робототехника».

В сборник включены работы за 2006–2008 гг., посвященные исследованиям фундаментального и прикладного характера в области нелинейной и хаотической динамики, управлению в условиях неопределенности, оптимизации, стабилизации и устойчивости сложных систем и вопросам их применения в биотехнологии, информатике, экономике и других высокотехнологичных сферах деятельности. Для специалистов по автоматическому управлению, аспирантов и студентов, интересующихся современным состоянием теории обратной связи и ее приложениями.

В монографии обобщены известные методы построения адаптивных систем управления для объектов с запаздыванием и разработаны новые принципы построения адаптивных и робастных систем для различных типов объектов по выходу, когда измерению недоступны производные выходных сигналов. Приводятся результаты по применению методов расширенной ошибки и алгоритмов высокого порядка для различных типов объектов с запаздыванием. Предложен и обоснован принцип конструирования новых алгоритмов адаптации высокого порядка. Синтезированы адаптивные системы управления для объектов с запаздывающим управлением с использованием адаптивного прогнозатора и без него. Исследуется новый принцип построения адаптивных и робастных систем управления с использованием последовательного компенсатора для различных типов динамических объектов: с запаздыванием и без запаздывания, для линейных и нелинейных. Все предлагаемые подходы теоретически обоснованы, приводятся числовые примеры и результаты их моделирования. Часть результатов ранее не публиковалась. Книга предназначена научным работникам, инженерам, преподавателям, аспирантам и студентам, специализирующимся в области автоматического управления и прикладной математики. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 08-08-0710

Рассмотрены структурные схемы и основные функции многоуровневой системы автоматизированного управления рабочими, технологическими и производственными процессами предприятий обрабатывающих отраслей промышленности. Систематизированы научные принципы классификации, функционального анализа и технико-экономической оценки характеристик современных дискретных производств как объектов их комплексной автоматизации. Даны основные сведения о цифровых методах формирования информационной среды таких производств. Изложены теоретические основы разработки систем автоматического управления исполнительными устройствами и рабочими процессами технологического оборудования. Приведены современные методы и средства реализации систем автоматизированного управления технологическими процессами в гибких компьютерно-интегрированных производствах. Рассмотрены основные бизнес-процессы системы автоматизированного управления предприятиями и корпорациями, методы их моделирования и информационного обеспечения. Предназначено для студентов бакалавриата всех форм обучения и магистрантов по направлениям ВО 29.03.04 и 29.04.04 – Технология художественной обработки материалов. Может быть полезным студентам бакалавриата направления 22.03.02 – Металлургия (профиль «Технология литейных процессов»); магистрантам направления 22.04.02, обучающимся по программам: «Инновационные литейные технологии», «Жидкофазные технологии соединения материалов», а также магистрантам направления 15.04.02 – Технологические машины и оборудование.