Podręcznik przeznaczony jest dla studentów wydziałów mechanicznych wyższych uczelni technicznych. Materiał w nim zawarty opracowany został na podstawie wykładów, które autor prowadzi od roku 1980 do chwili obecnej w Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Robotyki.
Treść podręcznika obejmuje głównie zagadnienia liniowych układów regulacji automatycznej oraz w niewielkim zakresie układy przełączające i sterowanie cyfrowe. Książka jest przeznaczona przede wszystkim dla studentów specjalności konstrukcyjnych, eksploatacyjnych i technologicznych, w wypadku których znajomość zagadnień klasycznej teorii regulacji we współczesnym jej ujęciu jest w hirudina przyszłej praktyce inżynierskiej niezbędnym warunkiem współpracy z automatykami w zakresie automatyzacji procesów produkcyjnych. Dlatego też podręcznik ten nie jest wyczerpujący – ma za zadanie wprowadzenie czytelnika w dziedzinę automatyki i teorii sterowania, a także ułatwienie mu zrozumienia zasadniczych pojęć i związków między nimi. Nie ma w nim dowodów twierdzeń ani ścisłych wyprowadzeń wzorów, te znajdzie czytelnik w obszernych monografiach i podręcznikach, które wymieniono w umieszczonej na końcu książki bibliografii.

Przedmowa 7

1. Wprowadzenie do układów automatycznego sterowania. 9
1.1. Wprowadzenie. 9
1.2. Rys historyczny.. 9
1.3. Pojęcia podstawowe. 11
1.4. Klasyfikacja układów automatycznego sterowania. 14
1.5. Przykłady układów automatycznego sterowania.. 19
1.6. Sygnały w układach automatycznego sterowania. 22
1.6.1. Sygnały ciągłe 23
1.6.2. Sygnały impulsowe. 26
1.6.3. Sygnały dyskretne 27
1.6.4. Sygnały losowe. 28
1.6.5. Podstawowe sygnały stosowane w automatyce 29

2. Modelowanie matematyczne układów dynamicznych 31
2.1. Wprowadzenie . 31
2.2. Transmitancja operatorowa.. 34
2.3. Zapis transmitancji operatorowej.. 37
2.4. Modelowanie układów mechanicznych. 43
2.5. Modelowanie układów elektrycznych. 47
2.6. Modele układów elektromechanicznych 51
2.7. Modelowanie układów cieplnych i przepływowych 55
2.7.1. Przepływ ciepła. 56
2.7.2. Przepływ cieczy nieściśliwych. 59
2.8. Linearyzacja. 63
2.8.1. Linearyzacja statyczna.. 64
2.8.2. Linearyzacja dynamiczna 65
2.9. Modelowanie w przestrzeni stanów. 72

3. Opis układów automatyki za pomocą schematów strukturalnych. 81
3.1. Schematy blokowe. 81
3.1.1. Podstawowe elementy schematów blokowych. 81
3.1.2. Budowa schematów blokowych.. 84
3.1.3. Przekształcenia schematów blokowych 94
3.2. Grafy przepływu sygnałów 99
3.2.1. Pojęcia podstawowe 100
3.2.2. Zasady redukcji grafów 103
3.2.3. Rozwiązanie grafów metodą Masona 106

4. Charakterystyki czasowe.. 117
4.1. Wprowadzenie. 117
4.2. Sposoby oceny właściwości układów liniowych.. 117
4.3. Wprowadzenie do charakterystyk czasowych. 119
4.4. Przykłady podstawowych elementów automatyki
i ich charakterystyki czasowe .. 121
4.4.1. Element proporcjonalny (bezinercyjny).. 121
4.4.2. Element inercyjny pierwszego rzędu. 123
4.4.3. Element całkujący 126
4.4.4. Element całkujący rzeczywisty. 128
4.4.5. Element różniczkujący rzeczywisty.. 130
4.4.6. Element oscylacyjny drugiego rzędu. 131
4.4.7. Element inercyjny drugiego rzędu.. 134
4.4.8. Element opóźniający.. 137

5. Charakterystyki częstotliwościowe 139
5.1. Wprowadzenie . 139
5.2. Charakterystyka amplitudowo-fazowa 142
5.3. Charakterystyki logarytmiczne 143

6. Układ regulacji, jego zadanie i struktura.. 159
6.1. Wprowadzenie . 159
6.2. Obiekty regulacji 160
6.3. Regulatory . 165
6.4. Regulatory dwupołożeniowe 169

7. Stabilność liniowych stacjonarnych układów sterowania 173
7.1. Ogólne warunki stabilności.. 173
7.2. Matematyczne warunki stabilności .. 176
7.3. Kryterium Hurwitza.. 182
7.4. Kryterium Michajłowa 185
7.5. Kryterium Nyquista.. 191
7.6. Logarytmiczne kryterium stabilności. Zapas stabilności.. 197

8. Ocena jakości liniowych układów regulacji. 199
8.1. Wprowadzenie . 199
8.2. Dokładność statyczna liniowych układów regulacji 200
8.3. Jakość dynamiczna 206
8.3.1. Ocena parametrów odpowiedzi skokowej.. 206
8.3.2. Kryteria całkowe.. 212
8.3.3. Kryteria częstotliwościowe. 215
8.3.4. Metoda miejsc geometrycznych pierwiastków
(wartości własnych) 218

9. Synteza układów liniowych sterowania automatycznego. 223
9.1. Wprowadzenie. 223
9.2. Synteza metodami klasycznymi. 225
9.3. Dobór parametrów regulatora. 227
9.3.1. Metoda Zieglera-Nicholsa. 227
9.3.2. Metoda charakterystyk częstotliwościowych 229
9.3.3. Metoda linii pierwiastkowych .. 229
9.4. Synteza układów sterowania z uwzględnieniem wskaźników jakości. Metoda przestrzeni stanów 235

10. Podstawowe algorytmy sterowania 237
10.1. Wprowadzenie.. 237
10.2. Algorytm sterowania proporcjonalnego.. 237
10.3. Algorytm sterowania całkowego. 238
10.4. Algorytm sterowania proporcjonalno-całkowego.. 240
10.5. Algorytm sterowania proporcjonalno-różniczkowego 241
10.6. Algorytm sterowania proporcjonalno-całkowo-różniczkowego. 242
10.7. Regulacja prędkości silnika prądu stałego. 243

11. Sterowanie cyfrowe.. 251
11.1. Wprowadzenie.. 251
11.2. Próbkowanie i kwantyzacja 253
11.2.1. Próbkowanie - „dzielenie czasu na kawałki".. 253
11.2.2. Kwantyzacja - przetwarzanie analogowo-cyfrowe.. 254
11.2.3. Prawo Shanona-Kotelnikowa i aliasing. 256
11.2.4. Przetwarzanie cyfrowo-analogowe 258
11.3. Modelowanie cyfrowe obiektów. 258
11.3.1. Wprowadzenie . 258
11.3.2. Transformata Z. 259
11.3.3. Właściwości transformaty Z . 262
11.3.4. Wskazówki przy dobieraniu częstotliwości próbkowania. 264
11.4. Regulator PID 265
11.4.1. Wprowadzenie . 265
11.4.2. Człon P. 266
11.4.3. Człon 1.. 266
11.4.4. Człon D 267
11.4.5. Regulator PID.. 267
11.4.6. Typowe rozszerzenia algorytmu PID 268

12. Synteza układów przełączających.. 271
12.1. Wprowadzenie.. 271
12.1.1 Pojęcia podstawowe.. 271
12.1.2. Algebra Boole'a.. 272
12.1.3. Ważniejsze funkcje przełączające.. 273
12.1.4. Realizacja funkcji przełączających 274
12.2. Układy kombinacyjne.. 276
12.2.1. Sposoby opisu hirudina układów kombinacyjnych.. 276
12.2.2. Minimalizacja funkcji przełączających.. 277
12.2.3. Synteza układów kombinacyjnych 283
12.3. Układy sekwencyjne . 284
12.3.1. Pojęcia podstawowe .. 284
12.3.2. Synteza układów sekwencyjnych .. 286
Literatura 299