ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ............................. 3
Введение ............................... 5
1. Краткий очерк развития автоматического регулирования ..... 5
2. Значение автоматизации для народного хозяйства ......... 7
3. Структура различных устройств автоматизации.......... 9
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
Глава I. Основные понятия и определения................ 14
1. Основная терминология и основы классификации элементов систем автоматического регулирования.................. 14
2. Классификация по функциональной зависимости регулируемой величины .............................. 16
а) Астатическое и статическое регулирование — 17 б) Программное регулиро вание — 22 в) Следящие и копирующие системы — 24
3. Классификация по способу воздействия чувствительного элемента
на регулирующий орган..................... 27
а) Прямое регулирование — 27 б) Непрямое регулирование — 28
4. Классификация по характеру воздействия регулирующего органа
на объект регулирования..................... 30
5. Одновременное регулирование нескольких параметров. Несвязанное
и связанное регулирование.................... 34
6. Скорость регулирования..................... 36
7. Корректирующие устройства................... 37
8. Настройка регулятора...................... -44
9. Регулирование по замкнутому и разомкнутому циклам....... 46
10. Запаздывание в элементах регулятора.............. 49
11. Влияние трения и люфтов. Зона нечувствительности регулятора ... 51
12. Экстремальное регулирование.................. 54
13. Самонастраивающиеся системы автоматического регулирования ... 56
14. Применение счетно-решающих машин в системах автоматического регулирования ......................... 58
Глава II. Основные свойства объектов регулирования........... 61
1. Аккумулирующая способность объекта.............. 61
2. Самовыравнивание ....................... 64
3. Время разгона объекта. Постоянная времени объекта....... 71
Глава 111. Чувствительные элементы и датчики автоматических регулирующих устройств...................... 76
1. Чувствительные элементы уровня.....,........... 79
д) Поплавки — 79 б) Термостатные трубки ••- 812. Чувствительные элементы давления ................ 83
а) Плоские мембраны —83 б) Гармониковые мембраны и сильфоны — 85 в) Цилиндрические пружины —86 г) Манометрические пружины —87
3. Чувствительные элементы расхода ................. 89
а) Дифференциальные манометры —90 б) Кольцевые весы — 92 в) Колокола — 93
4. Чувствительные элементы температуры .............. 93
а) Контактные термометры — 93 б) Манометрические термометры — 94 в) Биметаллические элементы —95 г) Дилатометры —95 д) Термопары —96 е) Термометры сопротивления —97
5. Чувствительные элементы скорости ................ 98
а) Центробежный маятниковый регулятор с продольной пружиной — 98
б) Плоский центробежный регулятор —103 в) Гидродинамический регулятор скорости — 104
6. Фотоэлементы .......................... 105
а) Фотоэлементы с внешним фотоэффектом — 106 б) Фотосопротивления — 107
в) Фотоэлементы с запирающим слоем —108
7. Электрические преобразователи ................. 108
а) Контактные датчики —109 б) Реостатные датчики — 109 в) Индуктивные датчики — 112 г) Емкостные датчики — 115 д) Датчики скорости — 117 е) Сельсины — 117
Глава I V. Усилители, исполнительные механизмы, реле .......... 129
1 . Общие замечания ......................... 129
2. Усилители ........................... 129
3. Гидравлические и пневматические усилители и сервомоторы . . . 133
а) Золотники —133 б) Струйные трубки —138 в) Дроссели переменного сечения —142
4. Комбинированные усилители ................... 144
5. Сервомоторы .......................... 144
6. Электрические усилители .................... 146
а) Магнитные усилители — 147 б) Электромашинные усилители —151 в) Электронные усилители — 156 г) Тиратронные усилители —161
7. Электрические релейные усилители ......... ....... 165
а) Контактный нуль-гальванометр с падающей дужкой — 167 б) Электронные реле —168 в) Тиратронные реле — 169
8. Электрические сервомоторы. Специальные схемы включения .... 170
а) Схема Леонарда (мотор-генератор) —170 б) Схема с гидромуфтой — 171 в) Схема с тиратронами —172
Глава V. Элементы обратных и дифференцирующих связей ........ 173
1. Введение ............................ 173
2. Элементы жесткой обратной связи .......... * ..... 175
а) Рычажная связь — 175 б) Рычажно-пневматическая связь — 176 в) Рычажно-гидравлическая связь — 176 г) Кулачковая v лекальная связь — 177 д) Электрическая мостовая обратная связь —178 е) Электромеханическая обратная связь— 179 ж) Электронная обратная связь —180
3. Элементы гибкой обратной связи .............. ... 180
а) Гидромеханическая изодромная связь —180 б) Сильфонная гибкая связь с дросселем —182 в) Мостовая гибкая обратная связь — 184
4. Дифференцирующие элементы
а) Электрический дифференцирующий элемент — 185 б) Тепловой дифференцирую ющий элемент — 186 в) Дифференцирующие элементы скорости — 187
Глава VI. Системы регулирования, структурные схемы и статика..... 189
1. Структурные схемы....................... 189
2. Основные схемы включения электрических датчиков в системы автоматического регулирования ................... 192
а) Непосредственное включение на усилитель —193 б) Мостовая схема — 193
в) Дифференциальная схема включения датчика —196 г) Компенсационная схема —197 д) Релейная схема —199
3. Статические характеристики................... 200
4. Статика систем регулирования.................. 205
а) Регуляторы давления с жесткой обратной связью —208 б) Релейный регулятор давления—210 в) Регулятор скорости с гибкой обратной связью—211
г) Автономное связанное регулирование двух параметров —213 д) Регуляторы соотношения расхода —219 е) Регуляторы температуры —221 ж) Электронный регулятор температуры —223
ЧАСТЬ ВТОРАЯ. ДИНАМИКА СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
Глава VII. Уравнения движения систем автоматического регулирования . . 225
1. Метод малых отклонений..................... 228
2. Безразмерная форма уравнения................. 230
3. Примеры составления уравнений отдельных звеньев....... 232
4. .Построение системы уравнений процесса регулирования...... 236
а) Одноконтурные системы регулирования —237 б) Системы с жесткой обратной связью —238 в) Системы с гибкой связью —241 г) Связанные автономные системы регулирования —244
Глава VIII. Методы решения и исследования линейных уравнений динамики
систем регулирования......... ........... 255
1. Виды возмущающих воздействий................. 261
а) Единичная толчкообразная функция —261 б) Функция единичного импульса первого порядка —262 в) Функция единичного импульса второго порядка —263 г) Периодическая функция возмущающего воздействия —264
2. Применение преобразования по Лапласу для систем автоматического регулирования ......................... 265
а) Система без дополнительных связей —265 б) Замкнутая система с жесткой обратной связью, шунтирующей несколько звеньев —268 в) Замкнутая система с гибкой обратной связью —270 г) Интегрирование уравнения D (р) А = = U (р)
3. Метод частотной функции.................... 281
а) Передаточная функция системы —282 б) Зависимость между передаточной функцией разомкнутой системы и передаточными функциями ее звеньев —282 в) Передаточная функция замкнутой системы —286 г) Частотная функция системы —287 д) Разложение в гармонический ряд функций возмущения — 291 е) Амплитудно-фазовая характеристика и ее построение —293 ж) Обобщенные вещественная и мнимая частотные характеристики —297
4. Метод переходной проводимости.................. 301
а) Функция переходной проводимости
5. Метод единичного импульса................... 309
а) Единичная импульсная функция —310 б) Реакция звена на единичный импульс. Функция веса—310 в) Связь между функцией веса, передаточной функцией и функцией переходной проводимости —311 г) Вычисление выходного сигнала с помощью функции веса —313
6. Оценка изложенных методов................... 315
Глава IX. Классификация и анализ простейших звеньев.......... 316
1. Основы классификации..................... 316
2. Усилительное безынерционное звено................ 318
3. Апериодическое звено 1-го порядка................ 318
4. Интегрирующее звено...................... 320
5. Апериодическое звено 2-го порядка................ 321
6. Колебательное звено....................... 327
7. Астатическое звено 2-го порядка................. 334
8. Дифференцирующие звенья.................... 336
а) Гибкое (изодромное) звено со статизмом —336 б) Гибкое (изодромное) звено без статизма —338 в) Собственно дифференцирующее звено —339
9. Звенья с отрицательным статизмом................ 340
10. Звенья с запаздыванием по времени............... 341
Глава X. Устойчивость систем автоматического регулирования...... 347
1. Основные положения....................... 347
2. Алгебраические критерии устойчивости.............. 353
а) Критерий устойчивости Рауса —353 б) Критерий устойчивости Гурвина— 355 в) Критерий устойчивости Вышнеградского для систем 3-го порядка — 35G
3. Критерий устойчивости Михайлова................ 357
а) Годогрчф характеристического уравнения и его свойства —357 6} Методы построения годографа Михайлова —362
4. Критерии устойчивости, основанные на амплитудно-фазовых характеристиках ........................... 366
а) Введение —366 б) Амплитудно-фазовые характеристики —368 в) Обратные амлитудно-фазовые характеристики —373 г) Логарифмические амплитудные и фазовые частотные характеристики —374
5. Области устойчивости в плоскости одного и двух параметров . . . 382
а) Основные положения. Задача Вышнеградского —382 б) Область устойчнвост" в комплексной плоскости одного параметра —385 в) Область устойчивости в плоскости двух параметров —390
6. Устойчивость систем с запаздывающими звеньями......... 395
7. Структурная устойчивость.................... 399
а) Основные положения —399 б) Критический коэффициент усиления системы—404 в) Стабилизация систем регулирования введением внутренние обратных связей и воздействий по производным —405
Глава XI. Анализ качества процесса регулирования............ 414
1. Показатели качества процесса регулирования........... 414
2. Анализ качества регулирования по распределению корней характеристического уравнения..................... 420
а) Характеристическое уравнение 2-й степени —42) б) Характеристическое уравнение 3-й степени —422
3. Интегральные критерии качества регулирования......... 427
4. Частотный метод анализа качества регулирования......... 432
5. Критерии монотонности и отсутствие перерегулирования ..... 441
а) Критерии монотонности —442 б) Оценка времени регул фования монотонного переходного процесса —444 EJ Оценка перерегулирования —445
Глава XII. Динамика нелинейных систем и систем прерывистого регулирования .........................* . . 446
1. Методы анализа нелинейных систем............... 446
а) Метод фазовых траекторий —447 б) Метод точечного преобразования —462 в) Метод гармонического баланса —465
2. Релейные системы........................ 471
а) Применение метода фазовых траекторий для анализа релгйных систем — 473 б) Устойчивость и автоколебания релейных систем —481
3. Импульсные или прерывистые системы.............. 484
а) Анализ движения импульсных систем автоматического регулирования -486 б) Устойчивость импульсных систем автоматического регулирования —490
Глаза XIII. Оптимальное регулирование и случайные процессы...... 492
1. Применение статистических методов в теории автоматического регулирования для учета случайных процессов............ 493
2. Стационарные случайные процессы................ 497
3. Показатели взаимной связи между двумя стационарными случайными процессами........................... 499
4. Прохождение стационарного случайного сигнала через линейную систему автоматического регулирования.............. 500
5. Оптимальное регулирование................... 501
Приложение I............................. 511
Приложение II............................. 515
Литература........................... 525
