Файл: Основы автоматического управления..pdf

§15.2. Определение оптимальной системы в случае линейной зависимости входной функции от параметров сигнала 622

8 О Г Л А В Л Е Н И Е

ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ

Современный этап развития автоматики характеризуется зна­ чительным усложнением задач теории автоматического управления в связи с переходом от автоматизации отдельных объектов к комп­ лексной автоматизации производственных процессов, от управле­ ния отдельными объектами к одновременному управлению боль­ шим числом взаимосвязанных объектов. Вследствие этого тра­ диционное содержание теории автоматического регулирования и управления стало слишком узким. Возникла необходимость включе­ ния в теорию автоматического управления ряда новых вопросов, связанных с передачей и преобразованием информации в авто­ матических системах. Так, например, для решения задач управ­ ления многими объектами существенно уметь оценивать количе­ ство информации, передаваемой по линиям связи между объектами и от объектов к элементам системы управления, а также пропуск­ ную способность каналов связи. А так как передача информации по каналам связи неизбежно сопровождается действием шумов и помех, то возникает необходимость использовать в конструк­ циях систем управления и для их расчета современные методы обна­ ружения сигналов в шумах и выделения их из шумрв, т. е. методы оптимальной статистической обработки информации. Эти методы необходимы также для автоматического контроля процессов управ­ ления и своевременного обнаружения и устранения неисправ­ ностей. Наконец, вследствие того, что для автоматизации слож­ ных процессов решающую роль играет точность работы систем управления, одним из важнейших разделов современной теории автоматического управления являются методы исследования точ­ ности автоматических систем.

В современных сложных автоматических системах для обра­ ботки информации приходится применять вычислительные машины как непрерывного действия, так и цифровые. Поэтому процессы передачи и преобразования информации в современных системах могут протекать как непрерывно, так и дискретно. Отсюда сле­ дует, что в современной теории автоматического управления необ­ ходимо изучать не только непрерывные, но и дискретные процессы в автоматических системах.

На основании приведенных соображений излагаемые в книге основы теории автоматического управления включают методы

определения динамических характеристик непрерывных и ди­ скретных автоматических систем, исследования их устойчивости

икачества, методы структурного анализа и синтеза, методы расчета точности автоматических систем, вопросы передачи информации

иметоды оптимальной обработки информации.

Теоретической основой методов исследования точности автома­ тических систем, изучения вопросов передачи информации и ме­ тодов оптимальной обработки информации являются теория вероятностей и математическая статистика. Кроме того, изучение общих динамических свойств автоматической системы с учетом всего многообразия возможных входных сигналов также невоз­ можно без привлечения статистических методов. Поэтому изло­ жение общей теории автоматического управления ведется в книге в значительной мере на основе статистических методов. Статисти­ ческий подход к исследованию точности и оценке качества систем управления рассматривается в книге как фундамент для реше­ ния основных проблем современной теории автоматического управ­ ления и ее дальнейшего развития.

В современных задачах автоматического управления часто приходится иметь дело с существенно нестационарными системами и процессами. Поэтому за основу в книге принята общая теория динамических систем, применимая как к стационарным, так и к нестационарным системам. Теория стационарных систем выво­ дится из общей теории как частный случай. В связи с этим при­ шлось отказаться от привычного для специалистов в области автоматики и радиотехники подхода к построению теории стацио­ нарных линейных систем, основанного па применении операцион­ ного исчисления. Вся теория автоматического управления разви­ вается в книге без применения операционного исчисления. По нашему мнению, изложение от этого только выигрывает, стано­ вится более наглядным, теснее связанным с физическими пред­

ставлениями и менее формальным.

Изложение теории автоматического управления, как при­ кладной инженерной науки, было бы недостаточно конкретным и читатель не мог бы самостоятельно освоить практическое приме­ нение излагаемых в книге методов без практических примеров. Поэтому в книге уделено большое внимание иллюстрации изла­ гаемых методов примерами. Некоторые примеры имеют общий характер и применимы к различным конкретным системам, состав­ ленным из различных элементов, основанных на использовании разных физических явлений. Наличие таких примеров позволяет применять излагаемые в книге методы инженерам самых различных специальностей. Кроме таких общих примеров, в книге имеется еще некоторое количество конкретных технических примеров, в которых рассматриваются вполне определенные автоматические ■системы, состоящие из определенных элементов. Эти примеры

позволят читателю глубже вникнуть в техническую сущность

задач автоматики.

Всякая автоматическая система состоит из ряда элементов. Динамические свойства системы в целом определяются динамиче­ скими свойствами входящих в ее состав элементов. Поэтому мы сочли полезным включить в книгу некоторые сведения об основ­ ных элементах автоматических систем. Однако при этом мы огра­ ничились только основными принципами устройства элементов, знание которых необходимо для определения их динамических характеристик, имея в виду, что для расчета автоматических систем имеют значение только динамические свойства элементов, а не их конкретная физическая реализация. Поэтому вопросы расчета и проектирования элементов автоматики в книге не изла­

гаются.

Изложение теории автоматического управления строится в книге следующим образом: сначала излагаются общие способы математического описания динамических систем и их динамиче­ ских характеристик, затем даются некоторые сведения об эле­ ментах автоматических систем и их динамических характеристиках и после этого рассматриваются структуры автоматических систем, методы определения их динамических характеристик по динами­ ческим характеристикам входящих в их состав элементов и более простых систем, и изучаются методы анализа и синтеза автомати­ ческих систем.

В настоящее время существует точная и достаточно полная тео­ рия линейных систем. Нелинейные системы изучены пока еще зна­ чительно меньше. В частности, не существует общей точной теории нелинейных систем. Между тем практически в любой системе всегда имеются нелинейности, более или менее существенно влияю­ щие на ее поведение. Поэтому для практики необходимо уметь исследовать и рассчитывать не только линейные, но и нелинейные системы. Для исследования нелинейных систем приходится, как правило, прибегать к приближенным методам, которые практи­ чески все основаны на применении в том или ином виде линейной теории, в частности различных методов линеаризации. Вслед­ ствие этого мы сочли целесообразным изложить сначала теорию линейных систем по вышеприведенной схеме, затем по той же схеме методы исследования нелинейных систем и после этого основы теории передачи информации и методы определения оптимальных алгоритмов обработки информации и нахождения оптимальных систем для обнаружения и выделения сигналов в присутствии шумов и помех.

При разработке содержания книги мы тщательно следили за тем, чтобы в нее попало только собственно то, что может быть отне­ сено непосредственно к современной теории автоматического управления, и избегали включения общих математических вопро­