ГЛАВА VII. СИНТЕЗ ОПТИМАЛЬНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Задача синтеза и проектирования системы автоматического регулирования заключается в таком выборе ее структурной схемы, параметров, характеристик и способа их технической реализации, при котором требуемые динамические и эксплуатационные свойства всей системы в целом обеспечиваются при применении возможно более простых и надежных технических средств.
Особенности постановки задачи синтеза систем регулирования заключаются в следующем:
1. Всякая система автоматического регулирования содержит объект регулирования и элементы со сравнительно трудно изменяемыми параметрами и характеристиками. Но в ее состав всегда входят также элементы с легко изменяемыми параметрами и характеристиками (корректирующие устройства), вводимые в систему для придания ей желаемых динамических свойств. Поэтому первое требование ко всякому методу синтеза корректирующих устройств заключается в том, чтобы учитывались динамические свойства объекта или не подлежащей изменению части системы, накладывающие определенные ограничения и существенно влияющие на динамические свойства всей системы в целом.
2. При синтезе очень удобно и важно располагать оптимальными динамическими характеристиками системы, к реализации которых следует стремиться при прочих равных условиях. Однако при этом не следует забывать, что требования, или, как их еще называют, условия качества, обычно задаются на верхние допустимые границы показателей качества, как, например, на вргмя переходного процесса, величину перерегулирования и т. д. Другими словами, они ограничивают лишь область допустимых значений регулируемой величины 
но не определяют однозначно вид переходного процесса, который должен протекать в системе при том или ином приложенном воздействии.
3. Решение задачи синтеза вследствие указанного выше обстоятельства не является однозначным. Поэтому метод синтеза должен давать возможность компромисса между стремлением
получить наименьшие отклонения от оптимального режима, с одной стороны, и выбором возможно более просто технически осуществимого решения — с другой.
4. Вследствие сложности многих современных систем автоматического регулирования, являющихся динамическими системами со многими степенями свободы, содержащими не только постоянные, но и нелинейные, изменяющиеся во времени, а часто .и распределенные параметры, в большинстве случаев нельзя ожидать высокой точности от результатов, полученных расчетным путем.
Теоретический анализ и расчет обычно могут лишь облегчить выбор рациональной схемы системы автоматического регулирования в целом, а также схемы и ориентировочных значений параметров корректирующих устройств, входящих в ее состав. Окончательно же значения этих параметров обычно устанавливаются в результате последующей наладки и настройки системы в реальных условиях ее работы. Поэтому следует, во-первых, иметь всегда в виду необходимость надлежащей идеализации и упрощений при математическом описании системы и, во-вторых, подчеркнуть значение средств вычислительной техники, которые существенно облегчают разработку и проектирование новых систем.
Синтез систем автоматического регулирования обычно состоит из следующих этапов:
1) анализа свойств, определения статических и динамических характеристик объекта регулирования;
2) формулировки и обоснования критерия оптимизации, условий качества регулирования и других требований, которым должна удовлетворять система регулирования;
3) выбора структурной схемы системы и технических средств ее реализации;
4) синтеза оптимальных динамических характеристик;
5) аппроксимации оптимального режима, т. е. выбора желаемых динамических характеристик в результате компромисса между качеством регулирования, с одной стороны, и простотой технической реализации, а также надежностью — с другой (принцип минимальной сложности);
6) определения динамических характеристик корректирующих устройств, обеспечивающих желаемые динамические свойства всей системы в целом;
7) выбора схемы, способа технического осуществления и параметров корректирующих устройств;
8) анализа полученной схемы автоматического регулирования, имеющего целью подтвердить расчетным или тем или иным экспериментальным путем (например, при помощи математического моделирования), что система удовлетворяет предъявленным к ней требованиям.
Поскольку методы определения статических и динамических характеристик были изложены в главах II и III, а второй и
третий этапы могут рассматриваться только применительно к конкретному объекту регулирования, то изложение методики синтеза линейных систем автоматического регулирования мы начнем с четвертого из перечисленных выше этапов, т. е. с изложения методов оптимизации или синтеза оптимальных динамических характеристик при различных постановках этой задачи. Решение всех задач синтеза при наличии случайных воздействий дается методом самосопряженных операторов [1] — [41.
