Это издание является существенной переработкой книги Цифровые системы управления , опубликованной в 1977 г. издательством СРЛ (SRL). С 1963 г. автор выпустил несколько книг в области цифровых и дискретных систем управления. Первая из них, Анализ и синтез импульсных систем управления , была опубликована в 1963 г. издательством Прентис-Холл . В ней изложены классические методы анализа и синтеза дискретных систем управления и включена глава по нелинейным системам. В целом в книге в доступной форме рассмотрен широкий круг проблем дискретных систем управления. Вторая книга, Дискретные системы управления , была опубликована в 1970 г. тем же издательством. В ней представлен совершенно новый подход по сравнению с изданием 1963 г. и рассмотрены главным образом методы пространства состояний и современной теории управления. Книга Теория и проектирование цифровых систем управления является полностью переработанным и расширенным вариантом издания Дискретные системы управления .

Период расцвета аэрокосмической промышленности в 60-е годы стал наиболее плодовитым для развития теории дискретных систем управле -ния. В этой области было опубликовано большое количество статей и книг. Хотя активность в аэрокосмическом секторе в последующие годы стабилизировалась, достижения в области микропроцессоров и микроЭВМ и развитие систем управления технологическими процессами послужили новым толчком к совершенствованию цифровых систем управления. Однако популярность микропроцессорного управления наложила свою особенность на развитие теории цифровых систем управления. Поскольку микропроцессоры - медленные цифровые машины (обычно оперируют со словами малой длины), при проектировании цифровых систем управления необходимо учитывать эти ограничения, а также эффекты временной задержки и квантования амплитуды. Многие инженеры, на практике Применяющие микропроцессоры в системах управления, просто переносят на них алгоритмы аналогового управления и используют малые периоды дискретизации для обеспечения устойчивости всей системы. Пока такой подход эффективен во многих некритических случаях, но он неприемлем для более сложных задач проектирования.

По сранению с первым изданием Цифровые системы управления настоящая книга содержит следующие основные дополнения.

1. Расширены традиционные методы анализа и синтеза, поскольку в большинстве случаев для проектирования систем управления используются именно эти способы. Они пригодны как для аналоговых, так и для цифровых систем управления.

[ 2. Сильно расширены вопросы сжпеза цифровых систем управления.

в гл. 9 представлены различные методы синтеза как традиционные, так и современные.

3. Введена глава по применению микропроцессоров в системах управления.- Трудно сказать, в каком объеме материал по примененрпо микропроцессоров должен быть включен в книгу, подобную этой. Большинство современных программ по подготовке инженеров в области управления содержат курсы по применению микропроцессоров. Автор считатет, что изложение аспектов программирования не является задачей этой книги, и опыт программирования микропроцессоров для ее читателей не является обязательным. Вполне возможно, что инженеру по системам управления поручат разработку цифровой системы управления в целом, однако программист или инженер по математическому обеспечению будет более компетентен в программировании цифрового контроллера. Важно, чтобы проектировщик системы управления понимал, как работает микропроцессор и выполняются программы. В этом случае им может быть спроектирован реальный цифровой регулятор, учитывающий физические ограничения микропроцессора. Помня об этом, автор в гл. 13 представил основные компоненты и программную логику микропроцессора без углубления в специфические детали, при этом особое внимание обращено на эффекты временных задержек и квантования из-за конечности длины слова.

4. В целях экономии объема, необходимого для нового материала, главы по статистическим методам проектирования систем исключены. Так как предполагается, что новое издание будет использовано студентами старших курсов и аспирантами исключение материала по статистическим методам проектирования не будет серьезной помехой для большинства читателей.

Представленный материал охватывает больший круг учебных вопрос сов, чем односеместровый курс. Это дает возможность преподавателю выбрать темы, которые он хотел бы проработать. Весь материал книги был использован автором в преподавательской работе в Иллинойс-ком университете. Книга также подготовлена с расчетом на инженеров; она может быть использована как справочник для самообразования.

Предполагается, что читатель знаком с оновными принципами построения систем с обратной связью, алгеброй матриц и преобразованием Лапласа. Весьма полезным было бы предварительное знакомство с методом пространства состояний и программированием микропроцессоров.

В гл. 1 дано общее введение в теорию цифровых систем управления. В ней представлены типичные примеры цифровых систем управления. В гл. 2 рассмотрены вопросы преобразования и обработки сигналов, вопросы дискретизации. Это является основой для аналитического подхода при рассмотрении цифровых сигналов в системах управления. Гл. 3 освещает теорию z-преобразования. В эту главу включены также вопросы модифицированного z-преобразования и применения графов. В гл. 4 описаны методы пространства состояний в приложении к цифровым стационарным и нестационарным системам. В гл. 5 рассмотрено цифровое моделирование. Обсуждены методы численного интегрирования и моделирования в z-форме В эту главу включены также вопросы переоборудования

на базе ЭВМ, показывающего, как непрерывную систему представить эквивалентной цифровой системой.

Гл. 6 посвященаанализу цифровых систем управления во временной области. Основное внимание уделено предсказанию переходтге характеристик по расположению нулей и полюсов, методу корневого годографа, анализу систем в установившемся и переходном режимах. В гл. 7 представлены частотные методы анализа цифровых систем управления. Традиционные понятия, такие как критерий Найквиста, диаграммы Б оде, диаграмма Никольса, запасы по амплитуде и фазе обобщены в расчете на цифровые системы управления. Гл. 8 посвящена проблемам управляемости и наблюдаемости. В гл. 9 представлены методы синтеза систем, от традиционных способов до методов с использованием обратной связи по состоянию и по выходу. Гл. 10-12 охватывают вопросы оптимального управления в цифровых системах. Рассмотрены принцип максимума, синтез оптимального линейного регулятора, динамическое программирование, чувствительность по отношению к периоду-квантования и синтез наблюдателя состояния. В последней, тринадцатой главе рассмотрены вопросы микропроцессорного управления.

Книга содержит большое число иллюстративных примеров, взятых из практического опыта автора, хотя многие из них упрощены для более наглядного представления.

Автор благодарен своим студентам, чья помощь при обсуждении материала во время аудиторных занятий и работе над проектами была неоценимой при подготовке этой книги. Он хочет выразить благодарность своей дочери Тине, выполнившей большинство иллюстраций этой книги, и двум другим дочерям. Лори и Линде, за правку и считывание рукописи. Особую благодарность автор адресует Джейн Карлтон, своему бывшему секретарю, за профессиональное и умелое печатание всей рукописи. В заключение автор хочет поблагодарить свою жену Маргарет за ее всестороннюю поддержку этого и многих других начинаний автора на протялсе-нии многих лет. Без ее моральной и физической поддержки эти начинания никогда не были бы осуществлены.

Б. Куо

г. Ыампейн, шт. Иллинойс