Введение
Теоретической основой автоматических систем является теория автоматического управления и регулирования, изучающая принципы построения, методы анализа и синтеза наиболее широкого класса автоматических систем: систем автоматического управления и регулирования.
Основоположником теории автоматического управления и регулирования, зародившейся около 100 лет назад, является профессор Петербургского технологического института Иван Алексеевич Вышне-Градский (1831—1895). Его фундаментальная работа «О регуляторах прямого действия» (1876 г.) оказала огромное влияние на все дальнейшее развитие теории регулирования. Он впервые показал, что процессы в регуляторе и объекте регулирования неразрывно связаны между собой и поэтому их исследовать необходимо совместно. В теории автоматического управления существенную роль играет устойчивость. Основателем строгой теории устойчивости является великий русский математик профессор Харьковского университета академик Александр Михайлович Ляпунов (1857—1918).
Особенно интенсивно теория автоматического управления начала развиваться с конца тридцатых годов XX ст., когда были разработаны частотные методы анализа устойчивости линейных систем, поставлена проблема качества управления и заложены основы ряда эффективных методов исследования нелинейных систем. К настоящему времени в теории автоматического управления достигнуты большие успехи. Существенное развитие получила теория линейных систем. В частности, разработаны методы оценки качества переходных процессов, динамической точности линейных систем, находящихся под действием случайных возмущающих воздействий, заданных статистически. Развиты методы исследования нелинейных систем. За последние годы советскими учеными получены основные результаты в теории инвариантности; сформулирован критерий реализуемости условий инвариантности, получены результаты по инвариантности нелинейных систем, систем с переменными и распределенными параметрами, систем с переменной структурой, а также по полиинвариантности; достигнуты определенные успехи в теории многосвязных систем (систем со многими регулируемыми величинами), предложен ряд методов, позволяющих использовать связи между отдельными подсистемами для повышения качества систем в целом.
Наряду с классическими системами начинают применяться специальные системы автоматического управлений: оптимальные системы,
адаптивные системы, обеспечивающие стабилизацию динамических свойств автоматических систем и их показателей качества при изменении параметров объектов и характеристик входных воздействий; системы автоматической оптимизации (экстремальные системы), осуществляющие автоматический поиск и поддержание экстремального значения критерия качества; импульсные и цифровые автоматические системы, обеспечивающие преобразование сигналов в соответствии со сложными алгоритмами управления и, благодаря этому, позволяющие достигать высоких точностей процессов управления. Созданы теории чувствительности и распознавания образов, разработан универсальный метод исследования САУ — метод пространства состояний.
Методы исследования, разработанные в теории автоматического управления, являются довольно общими, область применения их выходит за рамки практического приложения дисциплины. Принципы управления (регулирования), на основе которых строятся технические системы, имеют универсальный характер. Аналогичные принципы, например принцип обратной связи, заложены в регуляционные системы живых организмов, системы управления производством, обществом и т. д. Поэтому изучение теории автоматического управления и регулирования в настоящее время становится необходимым не только для специалистов в области автоматики, но и для широкого круга специалистов других направлений.
Второе издание существенно переработано и дополнено новыми главами, в которых рассматриваются цифровые, оптимальные и адаптивные автоматические системы, включены научные результаты, полученные автором в области коррекции систем автоматического управления, теории инвариантности и ее применения для построения высококачественных комбинированных систем, теории импульсных, оптимальных по быстродействию систем автоматического управления и др.
При. изложении материала предполагалось, что студенты ознакомлены о определенными разделами высшей математики, теоретических основ электротехники, вычислительной техники, а также с элементами автоматики из курсов электрических машин, электронных устройств.
