مقدمه ای بر سیستم های کنترل خطی

Introduction, Linear ,Control ,Systems 

Introducción a Linear Control Systems está diseñado como una introducción estándar a los sistemas de control lineal para todos aquellos que de una forma u otra se ocupan de los sistemas de control. Se puede utilizar como un libro de texto completo y actualizado para un curso universitario de 3 créditos de un semestre sobre sistemas de control lineal como el primer curso sobre este tema en la universidad. Esto incluye las facultades de ingeniería eléctrica, ingeniería mecánica, ingeniería aeroespacial, ingeniería química y petrolera, ingeniería industrial, ingeniería civil, bioingeniería, economía, matemáticas, física, gestión y ciencias sociales, etc.

El libro cubre los fundamentos de los sistemas de control lineal, sus raison detre, diferentes tipos, modelos, representaciones, cálculos, conceptos de estabilidad, herramientas para el dominio del tiempo y el análisis y síntesis de dominio de frecuencia, y las limitaciones fundamentales, con énfasis en los métodos de dominio de la frecuencia . Cada capítulo incluye una parte de otras lecturas donde se presentan temas más avanzados y referencias pertinentes para futuros estudios. La presentación es teóricamente firme, contemporánea y autónoma. Los apéndices cubren la transformada de Laplace y las ecuaciones diferenciales, dinámica, MATLAB y SIMULINK, tratado sobre conceptos y herramientas de estabilidad, tratado sobre el método de Routh-Hurwitz, técnicas de optimización al azar así como problemas convexos y no convexos, y ejemplos de exámenes de medio y final.

El libro se divide en la continuación de 3 partes más apéndices.

PARTE I: en esta parte del libro, capítulos 1-5, presentamos los fundamentos de los sistemas de control lineal. Esto incluye: la introducción a los sistemas de control, sus raison detre, sus diferentes tipos, modelado de sistemas de control, diferentes métodos para su representación y cálculos fundamentales, conceptos básicos de estabilidad y herramientas para análisis y diseño, análisis de dominio de tiempo básico y detalles de diseño. y el lugar de la raíz como una herramienta de síntesis y análisis de estabilidad.

PARTE II: En esta parte del libro, capítulos 6-9, presentamos lo que generalmente se conoce como los métodos de dominio de frecuencia. Esto se refiere al experimento de aplicar una entrada sinusoidal al sistema y estudiar su salida. Básicamente, existen tres métodos diferentes para la representación y el estudio de los datos del experimento de respuesta de frecuencia antes mencionado: estos son el diagrama de Nyquist, el diagrama de Bode y el gráfico de Krohn-Manger-Nichols. Estudiamos estos métodos en detalles. Aprendemos que la salida también es sinusoidal con la misma frecuencia pero generalmente con diferente fase y magnitud. Al dividir la salida por la entrada obtenemos la llamada función sinusoidal o de transferencia de frecuencia del sistema, que es la misma que la función de transferencia cuando se sustituye la variable s de Laplace. Finalmente usamos el diagrama de Bode para el proceso de diseño.

PARTE III: En esta parte, Capítulo 10, presentamos algunos temas avanzados misceláneos bajo el tema Limitaciones fundamentales que deberían incluirse en este curso de pregrado al menos en un nivel introductorio. Hacemos puentes entre algunos aspectos aparentemente dispares de un sistema de control y teóricamente complementamos los temas previamente estudiados.

Apéndices: el libro contiene siete apéndices. El Apéndice A es sobre la transformada de Laplace y las ecuaciones diferenciales. El apéndice B es una introducción a la dinámica. El Apéndice C es una introducción a MATLAB, que incluye SIMULINK. El Apéndice D es una encuesta sobre conceptos y herramientas de estabilidad. Se proporciona un glosario y una hoja de ruta de los conceptos y pruebas de estabilidad disponibles que faltan incluso en la literatura de investigación. El Apéndice E es una encuesta sobre el método de Routh-Hurwitz, que también falta en la literatura. El Apéndice F es una introducción a las técnicas de optimización aleatorias y los problemas convexos y no convexos. Finalmente, el apéndice G presenta exámenes de muestra de mitad de período y de fin de año, que se evalúan en clase varias veces.

Presentar una perspectiva contemporánea detallada del campo de sistemas y teoría de control y aplicaciones

Enfoque contemporáneo y matemáticamente firme incluso para problemas clásicos

Discutir y corregir numerosos errores en la literatura disponible

Recolectando y discutiendo numerosos puntos importantes que están dispersos en la literatura de investigación

Muchos nuevos resultados y / o detalles en los Capítulos 3-10 y Apéndices A, D

Un glosario detallado y una hoja de ruta de los resultados de estabilidad esparcidos en la literatura

Dirigiéndose a numerosas plantas NMP e inestables sofisticadas en nuestros ejemplos

Un capítulo sobre temas avanzados en limitaciones fundamentales

Discutir las facetas alternativas de las lecciones, no disponibles en la literatura, con la ayuda de problemas versátiles especialmente diseñados - más de 600 ejemplos y problemas resueltos junto con sus códigos fuente de simulación

Presentar los últimos resultados, muchos de los cuales se obtuvieron en el siglo XXI, cuando corresponde

Asignación de un subcapítulo a lecturas adicionales en cada capítulo, donde se introducen temas y referencias más avanzados.

Die Einführung in Linear Control Systems ist eine Standardeinführung für lineare Steuerungssysteme für alle, die auf die eine oder andere Weise mit Steuersystemen umgehen. Es kann als ein umfassendes aktuelles Lehrbuch für ein einsemestriges 3-Kredit-Grundstudium für lineare Kontrollsysteme als erster Kurs zu diesem Thema an der Universität verwendet werden. Dazu gehören die Fakultäten Elektrotechnik, Maschinenbau, Luft- und Raumfahrttechnik, Chemie- und Erdöltechnik, Wirtschaftsingenieurwesen, Bauingenieurwesen, Bioingenieurwesen, Wirtschaftswissenschaften, Mathematik, Physik, Management- und Sozialwissenschaften usw.

Das Buch behandelt die Grundlagen linearer Kontrollsysteme, deren Zweckbestimmung, verschiedene Typen, Modellierung, Repräsentationen, Berechnungen, Stabilitätskonzepte, Werkzeuge für die Zeit- und Frequenzbereichsanalyse und -synthese sowie grundlegende Einschränkungen mit Schwerpunkt auf Frequenzbereichsverfahren . Jedes Kapitel enthält einen Teil zu weiteren Lesungen, in denen weiterführende Themen und relevante Referenzen für weitere Studien vorgestellt werden. Die Präsentation ist theoretisch fest, zeitgemäß und in sich abgeschlossen. Die Anhänge umfassen Laplace-Transformations- und Differentialgleichungen, Dynamik, MATLAB und SIMULINK, Abhandlung von Stabilitätskonzepten und -werkzeugen, Abhandlungen zur Routh-Hurwitz-Methode, zufällige Optimierungstechniken sowie konvexe und nichtkonvexe Probleme und Beispiele für Zwischen- und Endprüfungen.

Das Buch gliedert sich in die Fortsetzung 3 Teile plus Anhänge.

TEIL I: In diesem Teil des Buches, Kapitel 1-5, stellen wir Grundlagen linearer Kontrollsysteme vor. Dazu gehören: die Einführung in Steuerungssysteme, ihre Verwendung, ihre verschiedenen Arten, Modellierung von Steuerungssystemen, verschiedene Methoden für ihre Darstellung und grundlegende Berechnungen, grundlegende Stabilitätskonzepte und Werkzeuge für Analyse und Design, grundlegende Zeitbereichsanalyse und Designdetails, und der Wurzelort als Stabilitätsanalyse- und Synthesewerkzeug.

TEIL II: In diesem Teil des Buches, Kapitel 6-9, stellen wir die Methoden vor, die allgemein als Frequenzdomänen bezeichnet werden. Dies bezieht sich auf das Experiment, eine sinusförmige Eingabe an das System anzulegen und seine Ausgabe zu untersuchen. Es gibt grundsätzlich drei verschiedene Methoden zur Darstellung und Untersuchung der Daten des oben genannten Frequenzgang-Experiments: Dies sind das Nyquist-Diagramm, das Bode-Diagramm und das Krohn-Manger-Nichols-Diagramm. Wir untersuchen diese Methoden im Detail. Wir erfahren, dass die Ausgabe auch eine Sinuskurve mit der gleichen Frequenz, aber im Allgemeinen mit unterschiedlicher Phase und Größe ist. Durch Division des Ausgangs durch den Eingang erhalten wir die sogenannte Sinus- oder Frequenzübertragungsfunktion des Systems, die dieselbe ist wie die Übertragungsfunktion, wenn die Laplace-Variable s durch ersetzt wird. Schließlich verwenden wir das Bode-Diagramm für den Designprozess.

TEIL III: In diesem Teil, Kapitel 10, stellen wir einige verschiedene fortgeschrittene Themen unter dem Thema grundlegende Einschränkungen vor, die in diesem Grundkurs mindestens in einer Einführungsebene enthalten sein sollten. Wir machen Brücken zwischen scheinbar unterschiedlichen Aspekten eines Kontrollsystems und ergänzen theoretisch die bisher behandelten Fächer.

Anhänge: Das Buch enthält sieben Anhänge. Anhang A bezieht sich auf die Laplace-Transformations- und Differentialgleichungen. Anhang B ist eine Einführung in die Dynamik. Anhang C ist eine Einführung in MATLAB, einschließlich SIMULINK. Anhang D ist eine Umfrage zu Stabilitätskonzepten und -werkzeugen. Ein Glossar und eine Roadmap der verfügbaren Stabilitätskonzepte und Tests wird zur Verfügung gestellt, die auch in der Forschungsliteratur fehlt. Anhang E ist eine Studie über die Routh-Hurwitz-Methode, die auch in der Literatur fehlt. Anhang F ist eine Einführung in zufällige Optimierungstechniken und konvexe und nicht-konvexe Probleme. Anhang G schließlich enthält Beispiele für Zwischen- und Endprüfungen, die mehrmals in der Klasse getestet wurden.

Präsentiert eine detaillierte zeitgenössische Perspektive des Bereichs der Systeme und Steuerung Theorie und Anwendungen

Moderner und mathematisch fester Ansatz auch für klassische Themen

Diskutieren und korrigieren zahlreicher Fehler in der verfügbaren Literatur

Sammlung und Diskussion zahlreicher wichtiger Punkte, die in der Forschungsliteratur verstreut sind

Viele neue Ergebnisse und / oder Details in den Kapiteln 3-10 und den Anhängen A, D

Ein ausführliches Glossar und eine Straßenkarte von Stabilitätsergebnissen, die in der Literatur verstreut sind

In unseren Beispielen greifen wir auf zahlreiche hochentwickelte NMP- und instabile Pflanzen zurück

Ein Kapitel über fortgeschrittene Themen in grundlegenden Einschränkungen

Diskussion alternativer Facetten des Unterrichts, die in der Literatur nicht verfügbar sind, anhand von speziell entworfenen vielseitigen Problemen - über 600 Beispiele und ausgearbeitete Probleme zusammen mit ihren Simulationsquellcodes

Präsentation der neuesten Ergebnisse, von denen viele im 21. Jahrhundert erhalten wurden, wo immer es angebracht ist

Zuweisen eines Unterkapitels zu weiteren Lesungen in jedem Kapitel, in denen weiterführende Themen und Referenzen vorgestellt werden.

線性控制系統簡介旨在為所有以某種方式處理控制系統的人提供線性控制系統的標準介紹。它可以作為一個全面的最新教科書,用於一個學期的線性控制系統3學分本科課程,作為大學這門課程的第一門課程。這包括電氣工程,機械工程,航空航天工程,化學和石油工程,工業工程,土木工程,生物工程,經濟學,數學,物理,管理和社會科學等學院。

本書涵蓋了線性控制系統的基礎,它們的存在性,不同的類型,建模,表示,計算,穩定性概念,時域和頻域分析和綜合工具以及基本限制,重點是頻域方法。每一章都包括進一步閱讀的部分,其中引入了更多高級主題和相關參考文獻以供進一步研究。該演示文稿在理論上是堅定的,現代的和獨立的。附錄包括拉普拉斯變換和微分方程,動力學,MATLAB和SIMULINK,關於穩定性概念和工具的論文,關於Routh-Hurwitz方法的論文,隨機優化技術以及凸和非凸問題,以及樣本期中考試和期末考試。

本書分為續集3部分加上附錄。

第一部分:在本書的這一部分,第1-5章,我們介紹了線性控制系統的基礎。這包括:控制系統的介紹,他們的存在理由,他們的不同類型,控制系統的建模,表示和基本計算的不同方法,基本穩定性概念和分析和設計工具,基本時域分析和設計細節,和根軌跡作為穩定性分析和綜合工具。

第二部分:在本書的這一部分,第6-9章,我們提出了通常所說的頻域方法。這是指將正弦輸入應用於系統並研究其輸出的實驗。基本上有三種不同的方法來表示和研究上述頻率響應實驗的數據:這些是Nyquist圖,Bode圖和Krohn-Manger-Nichols圖。我們詳細研究這些方法。我們知道輸出也是具有相同頻率的正弦波,但通常具有不同的相位和幅度。通過將輸出除以輸入,我們獲得系統的所謂正弦或頻率傳遞函數,其與拉普拉斯變量s被替換時的傳遞函數相同。最後,我們將Bode圖用於設計過程。

第三部分:在本部分第10章中,我們介紹了主題基本限制下的一些雜項高級主題,這些主題應至少在入門級別包含在本科課程中。我們在控制系統的一些看似不同的方面之間架起了橋樑,並在理論上補充了之前研究的主題。

附錄:該書包含七個附錄。附錄A是拉普拉斯變換和微分方程。附錄B是動態介紹。附錄C是對MATLAB的介紹,包括SIMULINK。附錄D是關於穩定性概念和工具的調查。提供了可用的穩定性概念和測試的術語表和路線圖,即使在研究文獻中也是如此。附錄E是關於Routh-Hurwitz方法的調查,也在文獻中缺失。附錄F介紹了隨機優化技術以及凸和非凸問題。最後,附錄G提供了樣本中期和期末考試,這些考試經過多次類別測試。

介紹系統和控制理論和應用領域的詳細當代視角

即使對於經典問題,當代和數學上堅定的方法

討論並糾正現有文獻中的許多錯誤

收集和討論分散在研究文獻中的許多重點

第3-10章和附錄A,D中的許多新結果和/或細節

詳細的詞彙表和穩定性路線圖分散在文獻中

在我們的例子中解決了許多複雜的NMP和不穩定的植物

關於基本限制的高級主題的章節

通過特別設計的多功能問題幫助討論課程中沒有的課程的替代方面 - 超過600個示例和解決的問題及其模擬源代碼

展示最新成果,其中許多成果在21世紀得到了適當的地方

在每章中將子章節分配給進一步閱讀,其中介紹了更高級的主題和參考。

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リニア制御システム入門は、リバース制御システムの標準導入として設計されています。これは、大学でこのトピックの最初のコースとして、リニア制御システムに関する1学期の3単位の学部コースの包括的な最新の教科書として使用することができます。これには、電気工学、機械工学、航空宇宙工学、化学工学、石油工学、工業工学、土木工学、バイオ工学、経済学、数学、物理学、経営学、社会科学などの学部が含まれます。

本書では、周波数領域法に重点を置いて、線形制御システムの基礎、その種別、モデル化、表現、計算、安定性の概念、時間領域と周波数領域の解析と合成のためのツール、 。各章には、さらに進んだ研究のために、より高度なトピックと関連する参考文献が紹介されています。プレゼンテーションは理論的には堅実で、現代的で、自己完結型です。付録は、ラプラス変換と微分方程式、ダイナミクス、MATLABとSIMULINK、安定性の概念とツールに関する論文、Routh-Hurwitz法に関する論文、ランダム最適化技術、凸面と非凸面の問題、および中期および中期のサンプル試験をカバーしています。

本は続編3部+付録に分かれています。

第1部:この本の第1章から第5章では、リニア制御システムの基礎を紹介します。これには、制御システムへの導入、その種類型、異なるタイプ、制御システムのモデル化、それらの表現と基本計算のための異なる方法、基本的な安定性の概念と分析と設計のためのツール、基本的な時間領域分析と設計の詳細、および安定性分析および合成ツールとしての根軌跡を含む。

パートII:この本の第6章から第9章では、一般的に周波数領域法と呼ばれるものを紹介します。これは、シヌソイド入力をシステムに適用し、その出力を調べる実験を指します。前述の周波数応答実験のデータの表現と学習には、基本的に3つの異なる方法があります。これらは、ナイキスト線図、ボード線図、およびKrohn-Manger-Nichols線図です。我々はこれらの方法を詳細に研究する。出力は同じ周波数を持つ正弦波であるが、概して異なる位相および振幅を有することがわかる。出力を入力で割ることにより、ラプラス変数sが代入されたときの伝達関数と同じ、システムのいわゆる正弦波または周波数伝達関数が得られる。最後に、設計プロセスにボード線図を使用します。

第3部:第10章では、少なくとも基礎レベルでこの学部コースに含めるべき基本的な制限事項の下で、その他の高度なトピックを紹介します。我々は、制御システムの外見上の異なる側面の間に橋渡しをし、以前に研究された主題を理論的に補完する。

付録:本には7つの付録があります。付録Aはラプラス変換と微分方程式です。付録Bはダイナミクスの概要です。付録Cは、SIMULINKを含むMATLABの概要です。付録Dは、安定性の概念とツールに関する調査です。利用可能な安定性の概念とテストの用語集とロードマップが提供されていますが、これは研究文献でも見当たりません。付録Eは、文献にもないRouth-Hurwitz法に関する調査である。付録Fは、ランダム最適化手法と凸状および凸状ではない問題の概要です。最後に、付録Gでは、中期試験と中期試験のサンプルを紹介します。

システムと制御理論と応用分野の詳細な現代的視点を提示する

古典的な問題であっても現代的かつ数学的に堅実なアプローチ

入手可能な文献の多くの間違いについて話し合い、修正する

研究文献に散在している数多くの重要な点の収集と議論

第3-10章および付録A、Dの多くの新しい結果および/または詳細

文献に散在する安定性結果の詳細な用語集とロードマップ

私たちの例では、洗練された数多くのNMPと不安定な植物に対処しています

基本的な制限事項に関する高度なトピックに関する章

文献にはない、レッスンの別の側面について、特に設計された多彩な問題の助けを借りて - 600以上の例と解決済みの問題とそのシミュレーションソースコード

21世紀に得られた最新の結果を提示する

より高度なトピックと参考文献が紹介されている各章の補足説明にサブチャプターを割り当てる。

Introduction aux systèmes de contrôle linéaire est conçu comme une introduction standard aux systèmes de contrôle linéaire pour tous ceux qui d'une manière ou d'une autre face à des systèmes de contrôle. Il peut être utilisé comme un manuel complet à jour pour un cours de premier cycle de trois crédits d'un semestre sur les systèmes de contrôle linéaire comme le premier cours sur ce sujet à l'université. Cela inclut les facultés de génie électrique, génie mécanique, génie aérospatial, génie chimique et pétrolier, génie industriel, génie civil, bio-ingénierie, économie, mathématiques, physique, gestion et sciences sociales, etc.

Le livre couvre les fondements des systèmes de contrôle linéaires, leur raison d'être, différents types, modélisation, représentations, calculs, concepts de stabilité, outils pour l'analyse et la synthèse temporelle et fréquentielle, et les limitations fondamentales, en particulier les méthodes fréquentielles . Chaque chapitre comprend une partie sur d'autres lectures où des sujets plus avancés et des références pertinentes sont introduits pour des études ultérieures. La présentation est théoriquement ferme, contemporaine et autonome. Les appendices traitent de la transformée de Laplace et des équations différentielles, de la dynamique, MATLAB et SIMULINK, du traitement des concepts et outils de stabilité, du traitement de la méthode de Routh-Hurwitz, des techniques d'optimisation aléatoire et des problèmes convexes et non-convexes.

Le livre est divisé en trois parties plus annexes.

PARTIE I: Dans cette partie du livre, chapitres 1-5, nous présentons les fondements des systèmes de contrôle linéaire. Ceci comprend: introduction aux systèmes de contrôle, leur raison d'être, leurs différents types, modélisation des systèmes de contrôle, différentes méthodes de représentation et de calculs fondamentaux, concepts de stabilité de base et outils d'analyse et de conception, analyse temporelle et détails de conception, et le locus racine comme outil d'analyse et de synthèse de la stabilité.

PARTIE II: Dans cette partie du livre, chapitres 6-9, nous présentons ce que l'on appelle généralement les méthodes du domaine fréquentiel. Cela fait référence à l'expérience d'appliquer une entrée sinusoïdale au système et d'étudier sa sortie. Il existe essentiellement trois méthodes différentes pour la représentation et l'étude des données de l'expérience de réponse en fréquence mentionnée ci-dessus: il s'agit du tracé de Nyquist, du diagramme de Bode et du diagramme de Krohn-Manger-Nichols. Nous étudions ces méthodes en détail. Nous apprenons que la sortie est aussi une sinusoïde avec la même fréquence mais généralement avec une phase et une amplitude différentes. En divisant la sortie par l'entrée, on obtient la fonction dite de transfert de fréquence ou sinusoïdale du système qui est la même que la fonction de transfert lorsque la variable Laplace s est remplacée par. Enfin, nous utilisons le diagramme de Bode pour le processus de conception.

PARTIE III: Dans cette partie, chapitre 10, nous présentons quelques sujets avancés divers sous le thème des limitations fondamentales qui devraient être inclus dans ce cours de premier cycle au moins dans un niveau d'introduction. Nous faisons des ponts entre certains aspects apparemment disparates d'un système de contrôle et complétons théoriquement les sujets précédemment étudiés.

Annexes: Le livre contient sept annexes. L'annexe A porte sur les transformations de Laplace et les équations différentielles. L'annexe B est une introduction à la dynamique. L'Annexe C est une introduction à MATLAB, y compris SIMULINK. L'annexe D est une enquête sur les concepts et les outils de stabilité. Un glossaire et une feuille de route des concepts et des tests de stabilité disponibles sont fournis et manquent même dans la littérature de recherche. L'annexe E est une enquête sur la méthode de Routh-Hurwitz, également manquante dans la littérature. L'annexe F est une introduction aux techniques d'optimisation aléatoire et aux problèmes convexes et non-convexes. Enfin, l'annexe G présente des exemples d'examens de mi-parcours et d'endurance, qui ont été testés plusieurs fois en classe.

Présenter une perspective contemporaine détaillée du domaine des systèmes et de la théorie et des applications de contrôle

Approche contemporaine et mathématiquement ferme même pour les problèmes classiques

Discuter et corriger de nombreuses erreurs dans la littérature disponible

Collecter et discuter de nombreux points importants qui sont dispersés dans la littérature de recherche

Nombreux nouveaux résultats et / ou détails aux chapitres 3-10 et aux annexes A, D

Un glossaire détaillé et une feuille de route des résultats de stabilité dispersés dans la littérature

Adressage de nombreuses plantes sophistiquées NMP et instables dans nos exemples

Un chapitre sur les sujets avancés dans les limites fondamentales

Discuter d'autres facettes des leçons, non disponibles dans la littérature, à l'aide de problèmes polyvalents spécialement conçus - plus de 600 exemples et problèmes élaborés avec leurs codes sources de simulation

Présenter les derniers résultats, dont beaucoup ont été obtenus au XXIe siècle, le cas échéant

Affectation d'un sous-chapitre à d'autres lectures dans chaque chapitre, où des sujets et des références plus avancés sont introduits.