Automatyka. Podstawy teorii

Automatyka jest to dyscyplina naukowa dotycząca technicznych aspektów wykorzystania matematycznej teorii sterowania, czyli praktycznej realizacji urządzeń sterujących obiektami technicznymi bez udziału człowieka lub z ograniczonym jego udziałem. Książka stanowi wprowadzenie do podstawowych pojęć z dziedziny automatyki. Zaznajamia Czytelnika z zasadami analizowania, działania i projektowania różnych układów dynamicznych obserwowanych na tle upływającego czasu, zwłaszcza układów ze sprzężeniem zwrotnym, czyli w których skutek oddziałuje na przyczynę, lub – innymi słowy – sprawdzaniu podlegają efekty celowego działania. Przedmiotem rozważań są w niej nie tylko układy liniowe ciągłe i dyskretne, lecz także układy nieliniowe i układy logiczne. Książka ma charakter bardzo praktyczny i zawiera wiele przykładów obliczeniowych ilustrujących w sposób dydaktyczny omawiane zagadnienia. Język matematyki używany do opisywania omawianych pojęć jest ograniczony do niezbędnego minimum, jednak pozwala Czytelnikom mniej wprawnym oswoić się z pewnym uniwersalnym sposobem spoglądania na powiązania informacyjne istniejące w wielu miejscach otaczającego nas świata. Książka ta stanowić może wstęp do dalszych studiów nad głębszym zrozumieniem zjawisk obserwowanych w złożonych układach dynamicznych, o bardziej skomplikowanych właściwościach elementów składowych i bardziej rozbudowanych połączeniach sygnałów niosących w sobie informację. Książka jest przeznaczona dla studentów kształcących się na uczelniach technicznych, w szczególności na takich kierunkach studiów, jak automatyka i robotyka, mechatronika, elektrotechnika. Może być także przydatna inżynierom oraz wszystkim zainteresowanym praktycznymi zastosowaniami technik informatycznych, którzy chcą zrozumieć zachowanie się rozmaitych systemów opartych na wymianie informacji w otaczającym nas świecie. Plik pdf ma postać skanów co uniemożliwia przeszukiwanie tekstu.

Spis treści

PRZEDMOWA 7 1. WPROWADZENIE 9 1.1. Podstawowe pojęcia i definicje 9 1.2. Klasyfikacja układów sterowania 10 1.2.1. Sposoby klasyfikacji układów sterowania 10 1.2.2. Podział układów sterowania ze względu na strukturę 10 1.2.3. Podział układów sterowania ze względu na posiadane informacje o procesie 15 2. LINIOWE UKŁADY CIĄGŁE 20 2.1. Pojęcie elementu liniowego 20 2.2. Klasyczny opis matematyczny procesu dynamicznego 22 2.2.1. Transmitancja operatorowa 22 2.2.2. Pojęcie funkcji impulsowej i funkcji jednostkowej 27 2.2.3. Odpowiedź impulsowa i odpowiedź jednostkowa 32 2.2.4. Odpowiedź na dowolny sygnał 33 2.2.5. Transmitancja widmowa 38 2.2.6. Charakterystyki częstotliwościowe 42 2.2.7. Typowe elementy liniowe 47 2.3. Opis dynamiki procesów metodą przestrzeni stanów 49 2.3.1. Równania wektorowo-macierzowe 49 2.3.2. Wyznaczanie równań wektorowo-macierzowych na podstawie transmitancji 53 2.3.3. Wyznaczanie macierzy transmitancji 57 2.4. Przekształcanie schematów blokowych 62 2.5. Stabilność liniowych układów ciągłych 71 2.5.1. Definicja i matematyczny warunek stabilności 71 2.5.2. Algebraiczne kryteria stabilności 77 2.5.3. Graficzne kryteria stabilności 80 3. JAKOŚĆ UKŁADÓW AUTOMATYCZNEJ REGULACJI 91 3.1. Pojęcie jakości i sposoby korekcji układów automatycznej regulacji 91 3.2. Regulacja statyczna i astatyczna 96 3.3. Podstawowe typy regulatorów o działaniu ciągłym 100 3.4. Metody doboru nastaw regulatorów 106 3.5. Wykorzystanie korekcji szeregowej do powiększenia zapasu stabilności 114 3.6. Wykorzystanie korekcji w sprzężeniu zwrotnym do tworzenia regulatorów 120 4. LINIOWE UKŁADY DYSKRETNE 125 4.1. Funkcje dyskretne i równania różnicowe 125 4.2. Przekształcenie Z i jego zastosowanie do rozwiązywania równań różnicowych 130 4.3. Opis dynamiki liniowych układów dyskretnych 139 4.3.1. Matematyczny model liniowego układu impulsowego 139 4.3.2. Odpowiedź ciągłego elementu dynamicznego z impulsatorem idealnym 144 4.4. Transmitancja dyskretna 145 4.5. Dyskretne układy regulacji 147 4.5.1. Algorytmy regulatorów cyfrowych 147 4.5.2. Transmitancje dyskretnych układów regulacji 152 4.6. Stabilność liniowych układów dyskretnych 156 4.6.1. Matematyczny warunek stabilności 156 4.6.2. Kryteria stabilności 158 5. UKŁADY NIELINIOWE 162 5.1. Charakterystyki statyczne układów nieliniowych 162 5.1.1. Podstawowe charakterystyki statyczne elementów nieliniowych 162 5.1.2. Wyznaczanie wypadkowych charakterystyk statycznych 163 5.2. Metody analizy dynamiki układów nieliniowych 169 5.2.1. Linearyzacja opisu dynamiki elementu nieliniowego 169 5.2.2. Metoda płaszczyzny fazowej 176 5.2.3. Metoda funkcji opisującej 188 6. UKŁADY LOGICZNE 198 6.1. Układy logiczne kombinacyjne i sekwencyjne 198 6.2. Elementy algebry Boole’a 199 6.3. Funkcje logiczne 201 6.4. Podstawowe elementy logiczne 204 6.5. Projektowanie układów kombinacyjnych 207 6.6. Projektowanie układów sekwencyjnych 212 BIBLIOGRAFIA 216 SKOROWIDZ 218