Теория автоматического управления

Теория автоматического управления: о дисциплине Изначально: изучение статики и динамики процессов автоуправления техническими объектами (производственными, энергетическими, транспортными) В настоящее время: изучение динамических свойств систем управления экономических, организационных, биологических, пр.

Теория автоматического управления: о дисциплине Любые процессы, даже сколь угодно сложные, – математические модели (системы дифференциальных уравнений) Структура системы автоматического управления (САУ) ОУ Регулятор

Обобщенная цель управления функционирование с требуемой точностью, несмотря на инерционные свойства и неизбежные помехи

Этапы развития ТАУ Отклонения от нормального хода под действием непрерывных помех Первый регулятор – поплавковый регулятор уровня для водяных часов (грек Хсибиос, египетская Александрия, примерно третий век до н.э.) Схема клепсидры Ктезибия с поплавковым указателем (александрийский механик, второй век до н.э.)

Этапы развития ТАУ 1675 год – маятниковый регулятор хода часов - потребность в точном измерении времени при астрономических наблюдениях Христиан Гюйгенс ( , Голландия)

Этапы развития ТАУ Управление процессами, подверженными сильным помехам, при действии которых утрачивалась не только точность, но и работоспособность системы Центробежные маятниковые уравнители скорости хода водяных мукомольные мельниц (средние века) Мельница из Остии (древняя Италия)

Этапы развития ТАУ: первые промышленные регуляторы Автоматический поплавковый регулятор питания котла паровой машины (1765 г., И.И. Ползунов, г. Барнаул) Иван Ива́нович Ползуно́в ( , Екатеринбург , Барнаул)

Схема паровой машины И.И. Ползунова Этапы развития ТАУ: первые промышленные регуляторы Макет паровой машины

Этапы развития ТАУ: первые промышленные регуляторы Центробежный регулятор скорости паровой машины (1784 г., Дж. Уатт, Англия) Джеймс Уатт (Watt) ( – )

Этапы развития ТАУ: первые промышленные регуляторы Модель паровой машины Уатта Паровой регулятор Уатта

Этапы развития ТАУ: первое программное устройство управления Программное устройство управления ткацким станком от перфокарты (для воспроизводства узора на коврах) (1808 г., Жаккар, Франция) Жозе́ф Мари́ Жакка́р (Жаккард) ( – )

Этапы развития ТАУ: первое программное устройство управления Машина Жаккарда

Особенности первого этапа развития ТАУ Отсутствие теоретических исследований Все регуляторы – безынерционные

Второй этап развития ТАУ 60-е годы 19 столетия: три фундаментальные работы Дж. Максвелла и И.А. Вышнеградского системный подход (регулятор и машина – единая динамическая система) исследование малых колебаний линеаризация сложных дифференциальных уравнений основы теории устойчивости, критерии Рауса и Гурвица Первые десятилетия 20 века: усложнение систем, усиление требований к точности и качеству – частотные методы

Второй этап развития ТАУ годы 20 столетия : основы теории нелинейных систем (Ляпунов, Лурье, Лётов и др.) выделение класса: две части – линейная динамическая и нелинейная статическая кусочно-линейные аппроксимации нелинейных статических характеристик исследования устойчивости нелинейных систем с аналитическими характеристиками нелинейной части

Современный этап развития ТАУ (60-е годы 20 века – наст. время) Использование математического аппарата метода пространства состояний Оптимизация "в большом" для достижения конечной цели управления на основе методов оптимального управления Использование моделей процесса не только при разработке систем, но и в процессе управления Компенсация неполноты априорной информации средствами оценивания (наблюдения), параметрической идентификации и адаптации

Современный этап развития ТАУ (60-е годы 20 века – наст. время) Современные аппаратные средства (промышленный микроконтроллер или DSP) Множество моделей управляемых процессов: Детерминированные системы обыкновенных дифференциальных уравнений (линейных и нелинейных, стационарных и нестационарных, как правило, неавтономных) Одноканальные (одномерные) системы ОДУ с постоянными коэффициентами Многомерные системы