книги из ГПНТБ / Аграчев, Г. С. Основы автоматического управления учебник для высших военных командных учебных заведений Войск ПВО страны
.pdfВОЕННАЯ КОМАНДНАЯ АКАДЕМИЯ' '
п р о т и в о в о з д у ш н о й о б о р о н ь к
имени МАРШАЛА СОВЕТСКОГО СОЮЗА ЖУКОВА Г. К-
Г. С. АГРАЧЕВ, Т. Г. БИКЧЕНТАЕВ, Д. Т. РЯБЧУН
ОСНОВЫ
АВТОМАТИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ
Утвержден первым заместителем Главнокомандующего Войсками ПВО страны в качестве учебника для высших военных командных
учебных заведений Войск ПВО страны
яаучн* •* * * * * #:7 ^ Ж '
библиот*** C.Ot/F
ЭКЗЕМПЛЯР ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА
2 Г - 2 / 5 V
4Ш
Вучебнике изложены основы теории линейных автоматических систем управления.
Основная цель учебника — дать теоретическую базу для анализа суще ствующих автоматических систем, определения их эксплуатационных воз можностей п полного использования этих возможностей.
Учебник написан с учетом знания обучаемыми теории дифференциальных уравнений п операторного метода их решения, теории случайных функций, ьременного и частотного методов анализа пеустаповнвшнхся процессов з злектрораднотехинческих цепях, принципов работы, статических и динамиче ских свойств элементов автоматики. Анализ свойств автоматических систем проводится в основном.. методом логарифмических-частотных характеристик, как наиболее экономичным- и лучше других отражающим физические процес
сы, происходящие в этих системах. |
10.8 главы 10, глава 11 |
и приложения |
||||||||
Главы 3, 5, 7. 8, |
9, |
§ 10.1, |
10.4, |
|||||||
написаны кандидатом |
технических |
наук, |
доцентом Г. С. |
Аграчевьш; |
гла |
|||||
вы 4, 6 и § 10.2, 10.5, |
10.6, 10.7 главы |
10— Т. |
Г. Бикчентаевым; введение, |
гла |
||||||
вы 1, 2 и § |
10.3 и 10.9 главы 10 *—кандидатом |
технических |
паук, доцентом |
|||||||
Д. Т. Рябчуном. |
|
благодарность Е. С, |
Волгушкину и |
кандидату |
воен |
|||||
Авторы |
выражают |
|||||||||
ных наук Г. .4. Силаеву, оказавшим большую |
помощь в составлении |
приме |
||||||||
ров и подготовке рукописи к печати. |
|
|
|
|
|
|
||||
Ответственный |
редактор |
кандидат |
|
технических |
наук, |
доцент |
||||
Д. Т. Рябчун. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ |
ОБОЗНАЧЕНИЙ |
||||
X (со/) — входное гармоническое воздействие; |
|
||||
X (/со) = Х — комплексная |
амплитуда |
входного |
гармониче |
||
ского воздействия; |
|
|
непрерывной функ |
||
x (t) — входное воздействие в виде |
|||||
ции в абсолютном времени; |
|
|
|||
х (t) — входное воздействие в виде |
непрерывной функ |
||||
ции в относительном времени; |
|
||||
х{р) — изображение |
по Лапласу |
входного |
воздействия |
||
в виде непрерывной функции в абсолютном вре |
|||||
мени; |
по Лапласу входного |
воздействия |
|||
x(q) — изображение |
|||||
в виде непрерывной |
функции в относительном |
||||
времени; |
|
|
|
решетчатой функ |
|
х [пТ\ — входное воздействие в виде |
|||||
ции в абсолютном времени; |
|
|
х[/г] — входное воздействие в виде решетчатой функции
вотносительном времени;
•**(<?) — изображение по Лапласу |
входного |
воздействия |
||||
|
в виде |
решетчатой |
функции |
(D-преобразова |
||
|
ние) ; |
|
|
|
|
воздействия |
х* (z) — изображение по Лапласу входного |
||||||
|
в виде решетчатой |
функции |
(Z -преобразова |
|||
|
ние) ; |
|
|
|
|
|
Y (со/) — выходное |
гармоническое |
воздействие; |
||||
Y(ja>)=Y — комплексная амплитуда |
выходного |
гармониче |
||||
|
ского воздействия; |
|
|
|
|
|
y (t) — выходное воздействие в виде непрерывной функ- |
||||||
_ |
ции в абсолютном времени; |
|
|
|||
y {t ) — выходное |
воздействие |
в виде |
непрерывной |
|||
|
функции |
в относительном времени; |
|
о
у {/)) |
— изображение по Лапласу |
выходного |
воздейст |
|
|
вия в виде непрерывной функции в абсолютном |
|||
y{q) |
времени; |
|
|
воздейст |
— изображение по Лапласу . выходного |
||||
|
вия в виде непрерывной функции в- относитель |
|||
|
ном времени; |
|
|
|
у |я Т\ —- выходное воздействие в виде решетчатой функ |
||||
|
ции в абсолютном времени; |
|
|
|
у [я-] — выходное воздействие в виде решетчатой функ |
||||
|
ции в относительном времени; |
воздейст |
||
y*(q) — изображение по Лапласу |
выходного |
|||
|
вия в виде решетчатой |
функции (D -преобразо- |
||
у": {z) |
ванне); |
|
выходного |
воздейст |
— изображение по Лапласу |
||||
|
вия в виде решетчатой |
функции (Z -преобразо |
||
|
вание); |
|
|
|
г [t) — сигнал ошибки в виде |
непрерывной |
функции в |
||
|
абсолютном времени; |
|
|
|
гй) |
— сигнал ошибки в виде |
непрерывной |
функции в |
|
|
относительном времени; |
|
|
г(р) — изображение по Лапласу сигнала ошибки в виде
|
непрерывной функции в абсолютном времени; |
||||||
£ {q) |
— изображение |
по Лапласу сигнала ошибки в ви |
|||||
|
де непрерывной функции |
в |
относительном вре |
||||
|
мени; |
|
|
решетчатой |
функции в |
||
cf/гГ|— сигнал ошибки в виде |
|||||||
£ [я] |
абсолютном |
времени; |
|
|
функции в |
||
— сигнал ошибки |
в виде решетчатой |
||||||
г* {q) |
относительном |
времени; |
|
|
|
|
|
— изображение по Лапласу сигнала ошибки в ви |
|||||||
|
де решетчатой |
функции |
(D-преобразование); |
||||
е":: (г) — изображение по Лапласу |
сигнала ошибки в ви |
||||||
|
де решетчатой функции (Z -преобразование); |
||||||
g (t ) — импульсная |
характеристика |
непрерывной си |
|||||
|
стемы; |
характеристика |
импульсной |
систе |
|||
,•? [пТ\— импульсная |
|||||||
g[n\ |
мы в абсолютном времени; |
импульсной |
систе |
||||
— импульсная |
характеристика |
||||||
|
мы в относительном времени; |
|
|
|
h(t) — переходная характеристика, |
непрерывной |
систе- |
||||||
_ |
мы в абсолютном времени; |
|
|
|
|
|
||
Л (t) — переходная характеристика |
|
непрерывной |
систе |
|||||
|
мы в относительном времени; |
|
непре |
|||||
h {р) — изображение |
переходной характеристики |
|||||||
|
рывной системы в абсолютном времени; |
непре |
||||||
h (q) — изображение |
переходной характеристики |
|||||||
|
рывной системы в относительном времени; |
|
||||||
h \иТ] — переходная |
характеристика |
импульсной |
систе |
|||||
|
мы в абсолютном времени; |
|
импульсной |
систе |
||||
1г[п) — переходная характеристика |
|
|||||||
|
мы в относительном времени; |
|
|
|
||||
h~ (q)— изображение |
переходной |
характеристики |
им- |
|||||
|
• пульсной системы (D-преобразование); |
|
|
|||||
Л®(г) — изображение |
переходной |
характеристики |
им |
|||||
|
пульсной системы (Z -преобразование); |
|
|
|||||
W {[)) — передаточная |
функция |
разомкнутой |
непрерыв |
|||||
|
ной системы в абсолютном времени; |
|
|
|
||||
W (q) — передаточная функция |
разомкнутой |
непрерыв |
||||||
|
ной системы в относительном времени; |
|
|
|||||
W*{q) — передаточная |
функция |
разомкнутой |
импульс |
ной системы (D-преобразование);
(г) — передаточная функция разомкнутой импульсной'
системы (Z-преобразование); |
|
|
ф (р )— передаточная функция |
замкнутой |
непрерывной |
системы в абсолютном времени; |
непрерывной |
|
<P(q) — передаточная функция |
замкнутой |
|
системы в относительном времени; |
|
|
ф* (q)— передаточная функция |
замкнутой |
импульсной |
системы (D-преобразование); |
импульсной |
|
ф® (г)— передаточная функция |
замкнутой |
|
системы (Z -преобразование); |
|
Е (р) — передаточная функция по ошибке замкнутой непрерывной системы в абсолютном времени;
E(q) — передаточная функция по ошибке замкнутой непрерывной системы в относительном времени; Е* (q) — передаточная функция по ошибке замкнутой
импульсной системы (D-преобргзованпе);
E* (z) — передаточная функция по ошибке замкнутой импульсной системы
(Z-преобразование); |
|
W(jco) — амплитудно-фазовая |
характери |
стика (АФХ) разомкнутой си |
|
стемы; |
характери |
Ф (/со)— амплитудно-фазовая |
стика (АФХ) замкнутой системы; 1Г(со) — амплитудно-частотная характери стика (АЧХ) разомкнутой си
стемы; |
|
|
характе |
|
Ф (со) — амплитудно-частотная |
||||
ристика (АЧХ) замкнутой си |
||||
стем ы; |
|
амплитудно-ча |
||
L (со) — логарифмическая |
||||
стотная характеристика (ЛАЧХ) |
||||
разомкнутой системы; |
|
|
||
е (со) — фазо-частотная |
характеристика |
|||
(ФЧХ) и |
логарифмическая |
фа,- |
||
зо-частотная |
характеристика |
|||
(ЛФЧХ) |
разомкнутой системы; |
|||
(со) — фазо-частотная |
характеристика |
|||
(ФЧХ) замкнутой системы; |
|
|||
-Рiv(со) — вещественная частотная характе |
||||
ристика (ВЧХ) разомкнутой |
си |
|||
стемы; |
|
|
|
|
РФ(со)— вещественная частотная характе |
||||
ристика |
(ВЧХ) |
замкнутой |
си |
|
стемы; |
|
характеристи |
||
Qir(co) — мнимая частотная |
||||
ка (МЧХ) разомкнутой |
системы; |
|||
( со) — мнимая |
частотная характеристи |
|||
ка (МЧХ) замкнутой системы; |
||||
А (0. А (/;), А (/со), А':: (q), А* (г) — характеристические |
полиномы |
|||
разомкнутой системы; |
полиномы |
|||
В (0> В (р),В {joy), В* (q), В* (г) — характеристические |
||||
входного воздействия; |
полиномы |
|||
C{t) С (р), С (/со), С* (q), С* (z) — характеристические |
||||
замкнутой системы. |
|
|
6
ВВЕДЕНИЕ
Автоматикой называется отрасль науки и техники, охваты вающая теорию автоматического управления, а также принци пы построения автоматических систем и образующих их техни ческих средств *.
Современный этап развития автоматики характеризуется значительным усложнением задач теории автоматического управления в связи с переходом от автоматизации отдельных ■объектов к комплексной автоматизации сложных процессов, от управления отдельными объектами к одновременному управле нию большим числом взаимосвязанных объектов.
Автоматизация управления различными процессами являет ся в настоящее время одним из главных направлений в разви тии технического прогресса. Автоматизация охватывает все области техники, включая и военную. Без автоматизации про цессов управления немыслимы развитие реактивных летатель ных и космических аппаратов, применение атомной энергии, а также целый ряд других современных процессов. Велика роль автоматических систем в разработке новых методов управления войсками. Здесь, как и в других направлениях развития науки, все большую роль играют методы системного подхода, к анали зу динамики сложных взаимосвязанных объектов управления.
О перспективах внедрения средств автоматизации в Про грамме КПСС сказано: «В течение двадцатилетия осуществит ся в массовом масштабе комплексная автоматизация производ ства со все большим переходом к цехам и предприятпям-автома.- там, обеспечивающим высокую технико-экономическую эффек тивность. Ускорится внедрение высокосовершенных систем автоматического управления».
Большое внимание вопросам повышения эффективности общественного производства на основе научно-технического прогресса было уделено в Отчетном докладе Центрального Комитета XXIV съезду Коммунистической партии, где, в част ности, отмечалось, что «И впредь быстрыми темпами будут
* Здесь и в дальнейшем основные понятия автоматики даны в соответ ствии с рекомендациями Комитета научно-технической терминологии АН СССР (1966 г.).
7
развиваться электроника. радиопромышленность, приборо строение. то есть весь комплекс отраслей, создающих техниче скую базу для автоматизации производства и управления. Этот комплекс по праву может быть назван катализатором научнотехнического прогресса. В предстоящем пятилетии здесь особое значение приобретает организация широкого выпуска современ
ных электронно-вычислительных машин». |
пятилетнему |
плану |
|||
В Директивах XXIV съезда |
КПСС по |
||||
развития |
народного хозя1"1ства |
СССР |
на |
1971— 1975 гг. |
отме |
чается. что необходимо развернуть работу |
по созданию и вне |
||||
дрению |
автоматизированных |
систем |
планирования и |
управ |
|
ления. |
|
|
|
|
|
Широкое использование автоматических систем в различных областях техники имеет главной целью облегчить умственный труд человека, повышая его производительность. Автоматиза ция повышает культуру человеческого труда во всех его видах, сглаживает различие между физическим и умственным трудом и является одним из важнейших факторов создания материаль но-технической базы коммунизма в нашей стране.
Автоматической системой (АС) называют совокупность
взаимосвязанных |
устройств, |
которая |
осуществляет |
функции |
контроля и -управления различными объектами без |
непосред |
|||
ственного участия |
человека. |
При этом |
автоматическая |
система |
нуждается лишь в предварительной настройке и контроле за ее работой в процессе эксплуатации.
Русские и советские ученые внесли большой вклад в научное обоснование, творческую разработку и практическое примене ние автоматики.
Первые исследования но теории работы регуляторов п
устойчивости регулирования |
были |
опубликованы |
академиком |
|
И. Л. Чебышевым в 1871 г. |
и профессором И. А. Вышнеград- |
|||
екп.м в 1876 г. и |
1878 г. Дальнейшее |
развитие теория устойчи |
||
вости получила |
в разработках А. М. Ляпунова, |
Н. Е. Жуков |
||
ского и А. Н. Крылова. |
теория |
автоматических устройств |
||
Наибольшего |
расцвета |
|||
достигла в советское время. |
В работах К- 3. Рериха.' М. П. Ко |
|||
стенко. Е. Л. Николаи. В. С. |
Кулебакина. И. Н. Вознесенского, |
Я- 3. Цыпкнна. А. А. Андронова. В. В. Солодовннкова, А. А. Со колова. Е. А. Барашнна и многих других советских ученых рас сматриваются новые методы исследования и расчета автомати ческих систем.
Особое значение для теории и практики автоматизации име ла опубликованная в 1938 г. работа А. В. Михайлова «Гармони ческий метод в теории регулирования», в которой был предло жен новый критерий устойчивости автоматических систем.
За разработку теории импульсных и релейных систем авто матическою регулирования Я. 3. Цыпкину присуждена Ленин-
8
ская премия з I960 г. Государственными премиями 1972 г. отме чены труды группы ученых (руководитель В. В. Солодовников), в которых дана оценка современного состояния теории автома тического регулирования и освещены все основные классические и новые методы анализа и синтеза систем регулирования, а так
же работы Е. А. Барашина, в которых предложены |
новый под |
||
ход к теории устойчивости движения и новые |
эффективные ме |
||
тоды стабилизации регулируемых систем. |
|
|
|
В практическом применении автоматических устройств наша |
|||
страна также является передовой. Впервые в |
мире электриче |
||
ская силовая синхройно-следящая система |
осуществлена в |
||
1877 г. А. |
Г. Давыдовым для автоматического |
управления |
|
стрельбой из морских орудий. В 80-х годах XIX века известный |
|||
русский изобретатель С. К. Джевецкий построил |
прибор, на |
||
званный им |
«автоматическим прокладчиком |
на |
карте курса |
корабля», который являлся одним из первых приборов автома тического контроля и в 1873 г. демонстрировался на венской выставке. Прибор такого же назначения, но для нужд сухопут ного транспорта был изобретен инженер-подпоручиком А. Миц кевичем. Изобретатель самолета А. Д. Можайский снабдил свою первую модель летающего аппарата рядом автоматиче ских приборов собственной конструкции для измерения ско рости и высоты полета.
С достижениями в области автоматики в СССР связаны все наиболее важные успехи отечественной науки и техники: созда ние искусственных спутников Земли, Луны и Солнца, запуск автоматических и управляемых человеком космических кораб лей и т. д.
Доказательством успехов советской науки и техники может служить уникальный полет советской автоматической станции «Луна-16», которая, достигнув поверхности Луны, произвела автоматическое бурение, погрузку образцов пород в герметиче ский контейнер и старт ракеты в обратный путь. Триумфом автоматики явились запуск автоматической станции «Луна-17», впервые в истории космонавтики доставившей на Луну автома тический самоходный аппарат «Луноход-1», управляемый с Земли, а также работа автоматического аппарата «Луноход-2».
Автоматизация имеет большое значение в деле укрепления обороноспособности нашей страны. В современных условиях, при резко возросшей эффективности применения средств воз душно-космического нападения, особенно важное значение имеет система противовоздушной обороны страны, представля ющая собой совокупность сложных автоматизированных комп лексов и требующая для успешной эксплуатации твердого зна ния теории автоматического управления.
у