0.1. ПРЕДИСЛОВИЕ

Стремительное развитие вычислительной техники в конце XX столетия стимулировало автоматизацию многих областей практической деятельности. Это в свою очередь вызвало бурное развитие теории автоматического управления. Однако классические учебники 70 - 80х годов [15, 71, 76, 95] (как, впрочем, и более современные, изданные за рубежом) труднодоступны для сегодняшнего студента. Поэтому ощущается потребность в учебных пособиях, которые давали бы представление как о состоянии базовых разделов теории управления, так и о новых и новейших ее достижениях.

Данная книга представляет собой попытку заполнить этот пробел. При отборе материала авторы ориентировались на собственный опыт, на традиции, сложившиеся в Балтийском государственном техническом университете (бывшем Ленинградском механическом институте), а также на тенденции развития преподавания и научных исследований в данной области в ведущих университетах мира. Кроме того, авторы пытались представить себе: что будет важно для читателя в XXI веке, когда он откроет эту книгу.

Около двадцати лет назад в курсе систем автоматического управления обычно выделяли ’’классическую” и ’’современную” теорию. В первом случае подразумевались методы, основанные на аппарате передаточных функций, преобразования Лапласа, частотных характеристик и вытекающие из них инженерные методики синтеза, а во втором - методы, базирующиеся на описании систем уравнениями состояния, матричной алгебре, соответствующих численных методах и машинно-ориентированных процедурах синтеза. В настоящее время такие эпитеты представляются неправомерными по ряду причин. Прежде всего, широкое внедрение метода пространства состояний, начатое в работах Р.Калмана,

Л.Заде и ряда других ученых, привело к практически повсеместному его использованию и в этом смысле метод также стал ’’классическим”. Кроме того, практика ставит все новые задачи, и методы их решения обоснованно относятся к

’’современным”. Заметим также, что в инженерную практику все глубже проникают методы, которые ранее казались уделом классической математики и механики. Поэтому следует говорить не об альтернативных, а о дополняющих друг друга подходах. В одних случаях более удобным является использование передаточных функций, в других - уравнений состояния, а во многих случаях применение обоих подходов равноценно.

Основная часть книги (главы 1-11) содержит достаточно полное введение в метод пространства состояний, в его основные понятия, идеи и результаты. Предполагается, что после знакомства с этой частью читатель сможет понимать язык научных статей и монографий, в которых данный метод широко используется. Для более полного изучения в соответствующих местах текста даны библиографические указания. Подробнее о содержании книги можно узнать из оглавления.

Содержание основной части книги соответствует учебным планам курсов теории автоматического управления при подготовке инженеров в области автоматизации и управления. Здесь тем не менее отсутствуют такие важные разделы, как исследование устойчивости линейных систем на основе алгебраических и частотных критериев, более того - понятие устойчивости считается знакомым читателю (хотя бы на интуитивном уровне), а определения устойчивости даны уже в связи с методом функций Ляпунова при рассмотрении нелинейных систем. Пет методов анализа точности систем регулирования и методов синтеза корректирующих звеньев на основе частотных характеристик. Недостаток места не позволил рассмотреть описание многосвязных динамических систем уравнениями вход-выход. По той же причине книга содержит сведения только о детерминированных системах.

Вообще говоря, книга посвящена не только системам автоматического управления, но и динамическим системам вообще, безотносительно к тому, имеется в них обратная связь или нет. Большое внимание уделяется способам преобразования моделей, а также методам теории оценивания и модального управления - эти важные разделы теории динамических систем недостаточно полно освещены в доступной учебной литературе. Анализ нелинейных систем содержит традиционные разделы, относящиеся к методам гармонической лине

аризации и абсолютной устойчивости, и расширен в нанра- влении исследования скользящих режимов.

Последняя часть (главы 12, 13) относится к ’’переднему краю” науки - методам нелинейного и адаптивного управления, интенсивно развивавшимся в 90-х годах. Этот материал изложен более фрагментарно, на его отбор влияли научные интересы авторов. Основное внимание уделяется методам адаптивного управления с неявной эталонной моделью и методу шунтирования, а также задачам и методам управления колебательными (в том числе - хаотическими) процессами. В настояш;ее время указанные вопросы слабо освеш;ены не только в учебниках и монографиях, но и в журнальных статьях. В то же время актуальность перечисленных задач растет. Они представляют и теоретический интерес, поскольку связаны с исследованием частичной устойчивости и частичной стабилизации нелинейных систем - направлением, которое, по- видимому, будет играть важную роль в развитии теории автоматического управления в начале XXI века.

Для более глубокого изучения теории нелинейного и адаптивного управления можно рекомендовать книгу И.В. Ми- рошника, В.О. Никифорова, А.Л. Фрадкова ’’Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами” [64], выходяш;ую одновременно в той же серии.

Книга снабжена задачами и упражнениями. Нри подборе упражнений авторы пользовались хорошо известными и прошедшими испытание временем книгами Ю.А. Андреева [3], Д. Луенбергера [174], X. Квакернаака и Р. Сивана [47], Д. Сю и А. Мейера [94].

Развитие вычислительной техники предопределило не только лицо теории управления, но и методы ее преподавания. В конце XX века невозможно изучать теорию, не пользуясь программными пакетами и средами. Наибольшее распространение в передовых высших учебных заведениях нашла удобная и универсальная система MATLAB^, разработанная и коммерчески распространяемая фирмой The MathWorks Сот., США. Поэтому изложение в данной книге ориентировано на систематическое использование системы MATLAB для решения задач анализа и синтеза. Некоторые вспомогательные сведения о системе MATLAB помеш;ены в Приложении С. Дополнительную информацию можно найти в книгах

[10, 32, 81, 82], а также на сайте фирмы The MathWorks Сот. (www.mathworks.com).

Читателя наверняка заинтересует похожая на MATLAB, но в отличие от данной системы свободно распространяемая система Scilab^, разработанная во Франции в институте INRIA (www-rocq.inria.fr/scilab). Краткие сведения о системе Scilab^ приведены в Приложении D.

Книга может использоваться в качестве учебного пособия преподавателями, студентами и аспирантами по специальностям, связанным с автоматизацией и управлением а также специалистами, интересующимися приложениями теории динамических систем.

Авторы сознают наличие недостатков в работе и с благодарностью примут любую критику, в том числе и самую конструктивную - написание другой книги подобного рода. Замеченные опечатки и дополнительный материал по теме книги будет помещаться в Интернет на странице лаборатории ’’Управление сложными системами” ИПМАШ РАН (www.ipme.ru/ipme/labs/ccs/ccs.html). Там можно найти и другие полезные сведения о публикациях, конференциях, программных продуктах, а также ссылки на другие источники информации по теории автоматического управления и смежным вопросам.

Издание книги было поддержано ФЦИ ’’Интеграция”, проект 360-01. Ряд результатов, помещенных в нее, был получен в процессе совместной работы авторов по грантам РФФИ (9601-01151, 99-01-0672) и ФЦИ ”Интеграция” (проекты 2.1-589, А0145, А0151) в Институте проблем машиноведения РАИ.

Авторы пользуются случаем поблагодарить всех, помогавших им в работе над книгой, а также выразить признательность рецензентам С.Д.Землякову и В.В.Малышеву за полезные и доброжелательные замечания.

Авторы посвящают книгу памяти безвременно ушедшего А.А.Иервозванского - блестящего ученого и педагога, чей фундаментальный ’’Курс теории автоматического управления” [76] был и остается недосягаемым примером для подражания.

Борис Андриевский, Александр Фрадков Санкт-Петербург, декабрь 1999 г.