ГЛАВА ТРИНАДЦАТАЯ. О СИНТЕЗЕ ЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
13-1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
К задачам синтеза систем автоматического регулирования приходится подходить с различных точек зрения. Это объясняется многообразием требований, (предъявляемых к системе и качеству процесса регулирования: точность отри медленно меняющихся воздействиях, среднеквадратичная ошибка при случайных воздействиях, вид переходной функции, полоса пропускания и т. д.
Определение структуры и параметров на основе требований качества процессов регулирования составляет основную задачу синтеза систем, решаемую методами современной теории автоматического регулирования.
Синтез — это лишь первый этап проектирования и создания системы. Следующими этапами проектирования являются выбор конкретных элементов системы, энергетический и инструктивный расчет, согласование характеристик и т. д. Эти этапы синтеза при современном развитии науки и техники не охвачены еще общей математической теорией и во многом относятся к области инженерного искусства. Некоторые основные положения указанных этапов синтеза рассмотрены в разделе элементов автоматических устройств (см., например, гл. 8).
В данной главе рассматриваются способы синтеза линейных стационарных систем автоматического регулирования на основе требований качества процессов регулирования. Некоторые вопросы уже затрагивались в разрозненном порядке в двух предшествующих главах.
Исходные данные при синтезе могут задаваться в таком виде:
1. Полная свобода выбора структуры и параметров в пределах наиболее слабых условий физической реализуемости.
2. Некоторые из требований предопределяет структурные особенности. Например, требования к точности при медленно меняющихся воздействиях могут определить необходимое число интегрирующих звеньев, т. е. порядок астатизма системы.
3. Часть структуры и параметров системы задана.
4. Вся структура и часть параметров заданы.
Систему, наилучшим образом удовлетворяющую поставленным требованиям, называют оптимальной системой. Обычно из всех требований, предъявляемых к системе, одно или два — основные, а для остальных устанавливаются более или менее широкие (границы.
Так, например, для некоторых классов следящих систем при высоком уровне помех решающим требованием будет значение среднеквадратичной ошибки. В. этом случае переходная функция не должна иметь чрезмерных выбросов. Напротив, к следящим системам электромеханических интеграторов предъявляется требование широкой полосы пропускания, что
эквивалентно требованию минимального времени регулирования.
Во многих случаях типичными возмущениями можно отнтать ступенчатые сигналы — 
Тогда требования к переходной функции являются основными.
В некоторых типах следящих систем, не подверженных влиянию интенсивных помех, в качестве основного выдвигается требование определенной точности в установившихся режимах. Это требование означает задание «добротности» системы (коэффициента усиления К разомкнутой системы) или коэффициента ошибок. Переходная функция в этом случае не должна быть чрезмерно колебательной.
Что касается (исходных данных, то первые два указанных случая фактически не встречаются при синтезе систем автоматического регулирования, а типичны при синтезе разного рода фильтров (сглаживания, упреждения, дифференцирования). Напротив, 3-й и 4-й случаи типичны для синтеза автоматического регулирования. В системах регулирования обычно задается объект регулирования или силовая часть следящих систем. В задачу синтеза входит вьвбор структуры регулятора, корректирующих цепей и их параметров. Вместо синтеза системы проводится в сущности синтез корректирующих цепей. Бели структура регулятора и корректирующие цепи также заданы (4-й случай),то задача синтеза сужается до выбора их параметров, исходя из поставленных требований.
В первых двух вариантах исходных данных при требовании минимума среднеквадратичной ошибки задача синтеза строго формулируется как математическая вариационная задача и решается в этом смысле до конца гл. III).
Результат в виде оптимальной передаточной функции важен для фильтров и систем автоматического регулирования. Полученная математически оптимальная передаточная функция являемся тем «идеалом», к которому должна стремиться реальная передаточная функция систем, получающаяся в результате учета всех других требований и исходных данных.
Во всех остальных вариантах исходных данных и требований редко удается математически! строго сформулировать и до конца решить задачу Синтеза в общем виде. На помощь в этих случаях приходит система оценок качества мроцееса регулирования 
достаточно глубоко развитая в теории автоматического регулирования.
Наибольшими возможностям для практических целей синтеза обладают частотные характеристики разомкнутой системы и особенно логар ифмические. Испол ьзов ание частотных характеристик позволяет:
а) определять структуру и параметры систем так, чтобы их передаточные функции были наиболее близки к передаточным функциям «оптимальных» систем, полученных на основе чисто математического синтеза (гл. 1-2);
б) производить синтез корректирующих устройств, выбор структуры регуляторов и их параметров (3-й случай исходных данных);
в) производить выбор параметров при полностью заданной структуре (4-й случай исходных данных).
Методы оценки качества процесса регулирования по распределению нулей и полюсов обладают меньшими возможностями в выборе структуры корректирующих цепей и регуляторов. Эти методы оказываются более пригодными для выбора параметров при заданной структуре.
Наконец, метод интегральный квадратичных оценок пригоден только для выбора некоторых параметров при неизменном значении остальных. Однако преимуществом этого метода является строгая математическая формулировка задачи синтеза как вариационной задачи. Автоматизация вычислительной работы, применение машин для
решения вариационных задач, по-видимому, расширяет применение метода интегральных квадратичных оценок.
