Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления

Пер. с англ. – М.: Машиностроение, 1986. – 448 с.Изложены теория и основы проектирования систем управления, содержащих в контуре цифровую вычислительную машину. Приведен математический аппарат исследования подобных систем, рассмотрены методы их анализа во временной и частотной областях. Изложены вопросы управляемости и наблюдаемости цифровых систем управления. Рассмотрена специфика систем, использующих микропроцессор в качестве управляющего устройства. Для инженерно-технических работников, занимающихся анализом и проектированием систем автоматического управления, а также для студентов и аспирантов соответствующих специальностей.Содержание:
Введение.
Общие сведения.
Преимущества дискретных систем.
Примеры импульсных и цифровых систем.
Преобразование и обработка сигналов.
Введение.
Цифровые сигналы и кодирование.
Преобразование данных и квантование.
Устройства выборки и хранения.
Цифроаналоговое преобразование.
Аналого-цифровое преобразование.
Математическое описание процесса квантования.
Импульсная теорема.
Некоторые свойства F*(s) на s-плоскости.
Восстановление сигналов по дискретным выборкам.
Фиксатор нулевого порядка.
Теория z-преобразования.
Определение z-преобразования.
Вычисление z-преобразований.
Соответствие между s-и z-плоскостями.
Обратное z-преобразование.
Теоремы z-преобразования.
Ограничения метода z-преобразования.
Импульсная передаточная функция.
Импульсная передаточная функция фиксатора нулевого порядка и связь между G(s) и G(z).
Процессы между моментами квантования.
Применение метода графов к цифровым системам.
Метод пространства состояний.
Введение.
Уравнения состояния и переходные уравнения состояния непрерывных систем.
Уравнения состояния цифровых систем с квантованием и фиксацией.
Уравнения состояния цифровых систем, содержащих только цифровые элементы.
Переходные уравнения состояния цифровых систем.
Переходные уравнения состояния цифровых стационарных систем.
Цифровое моделирование и аппроксимации.
Решение стационарного дискретного уравнения состояния с помощью z-преобразования.
Связь уравнения состояния с передаточной функцией.
Характеристическое уравнение, собственные значения и собственные векторы.
Диагонализация матрицы А.
Каноническая форма Жордана.
Методы вычисления переходной матрицы состояния.
Цифровые сопряженные системы.
Связь между уравнениями состояния и разностными уравнениями высокого порядка.
Преобразование к канонической форме фазовой переменной.
Диаграмма состояния.
Декомпозиция цифровых систем.
Диаграммы состояния импульсных систем управления.
Определение реакции импульсных систем между моментами квантования с помощью понятия состояния.
Цифровое моделирование и переоборудование систем управления на базе ЭВМ.
Введение.
Цифровое моделирование. Цифровая модель с квантованием и фиксацией.
Цифровое моделирование. Численное интегрирование.
Цифровое моделирование с помощью z-форм.
Переоборудование систем управления на базе ЭВМ.
Анализ во временной области.
Введение.
Сравнение временных характеристик непрерывных и цифровых систем управления.
Связь между временной характеристикой и положением корней на s- и z-плоскостях.
Влияние расположения полюсов и нулей на z-плоскости на максимальное перерегулирование и время максимума переходной функции дискретных систем.
Корневые годографы цифровых систем управления.
Анализ установившейся ошибки цифровых систем управления.
Анализ в частотной области.
Введение.
Годограф Найквиста.
Логарифмические частотные характеристики.
Запасы устойчивости по модулю и по фазе.
Амплитудно-фазовая диаграмма и диаграмма Никольса.
Определение полосы пропускания.
Программы вычисления частотных характеристик на ЭВМ.
Управляемость и наблюдаемость.
Введение.
Определение управляемости.
Теоремы об управляемости для нестационарных систем.
Теоремы об управляемости для стационарных систем.
Определения наблюдаемости.
Теоремы о наблюдаемости для нестационарных систем.
Теоремы о наблюдаемости для стационарных систем.
Дуальная связь между наблюдаемостью и управляемостью.
Связь между управляемостью, наблюдаемостью и передаточными функциями.
Зависимость управляемости и наблюдаемости от периода квантования.
Иллюстративные примеры.
Теоремы об инвариантности управляемости.
Синтез цифровых систем управления.
Введение.
Последовательная коррекция с помощью аналоговых регуляторов.
Коррекция с помощью аналоговых регуляторов в цели обратной связи.
Цифровой регулятор.
Синтез цифровых систем управления с цифровыми регуляторами с помощью билинейного преобразования.
Синтез с использованием корневых годографов на z-плоскости.
Цифровой ПИД-регулятор.
Синтез цифровых систем управления с апериодическим переходным процессом.
Синтез по заданному расположению полюсов с помощью обратной связи по состоянию (случай единственного управляющего сигнала).
Синтез по заданному расположению полюсов с помощью обратной связи по состоянию (случай нескольких управляющих сигналов).
Синтез по заданному расположению полюсов с помощью неполной обратной связи по состоянию или обратной связи по выходу.
Синтез цифровых систем управления с обратной связью по состоянию и динамической обратной связью по выходу.
Реализация обратной связи по состоянию с помощью динамических регуляторов.
Синтез с помощью принципа максимума.
Дискретное уравнение Эйлера-Лагранжа.
Дискретный принцип максимума (минимума).
Оптимальное по быстродействию управление при ограниченной энергии.
Синтез оптимального линейного цифрового регулятора.
Введение.
Синтез линейного цифрового регулятора (задача с конечным интервалом времени).
Синтез линейного цифрового регулятора (задача с бесконечным интервалом времени).
Принцип оптимальности и динамическое программирование.
Решение дискретного уравнения Риккати.
Чувствительность по отношению к периоду квантования.
Цифровой наблюдатель состояния.
Введение.
Синтез наблюдателя состояния полного порядка.
Синтез наблюдателя состояния пониженного порядка.
Микропроцессоры в системах управления.
Введение.
Микропроцессор как управляющее устройство систем управления.
Ограничения микропроцессорных систем управления.
Влияние конечной длины слова на управляемость и расположение полюсов замкнутой системы.
Запаздывание в микропроцессорных системах управления.
Эффекты квантования по уровню. Наименьший верхний предел ошибки квантования.