Ускорение научно-технического прогресса во многом определяется уровнем применения вычислительной техники в научных исследованиях, в проектных и конструкторских работах, а также для управления различными производственными процессами. Эффективность практического использования средств вычислительной техники в значительной мере определяется состоянием дел с разработкой алгоритмов и программ для ЭВМ. Именно поэтому создание пакетов прикладных программ, предназначенных для решения различных задач, и разработка математического обеспечения для систем автоматизированного проектирования являются весьма актуальными.

В книге дается систематическое изложение методик разработки алгоритмов исследования и проектирования линейных и нелинейных систем автоматического управления с помощью ЭВМ. Рассматриваются задачи начиная от построения математических моделей систем, анализа их свойств и кончая определением структуры и параметров алгоритмов управления. Причем для большинства задач даны отредактированные программы, которые могут быть непосредственно применены пользователями. В книге представлены отдельные программы, но на их основе можно создать комплекс (пакет) программ для решения основных задач исследования и проектирования систем автоматического управления.

При разработке алгоритмов основное внимание уделялось вычислительным аспектам, мы стремились найти подходы и приемы решения задач, которые бы обеспечили сходимость вычислений и малую чувствительность к неизбежным погрешностям, обусловленным численной реализацией алгоритмов. Практически все алгоритмы, которые приведены в книге, проверены на различных задачах. Это дает основание считать, что, по крайней мере, многие из них выдержат испытания практикой и окажутся работоспособными.

Принята единая схема подачи материала - вначале дается постановка задачи, рассматривается методика ее решения, выводятся расчетные соотношения, а затем формируется схема алгоритма и приводится программа для ЭВМ. Во многих случаях работа алгоритмов и программ иллюстрируется примерами.

В первых четырех главах рассмотрено построение математических моделей управляемых систем и исследованы их структурные и динамические свойства. Здесь приведены алгоритмы линеаризации уравнений исследуемой системы, канонических преобразова-

НИИ математических моделей одномерных и многомерных систем, а также алгоритмы формирования уравнений состояния по передаточным функциям и структурным схемам. Здесь же дано решение задачи вывода передаточных матриц для сложных систем, модели которых заданы в виде структурных схем. Приведены также алгоритмы исследования устойчивости, определения импульсных и переходных характеристик, оценки точности управляемых систем при случайных воздействиях. Эти задачи решаются применительно к различным математическим моделям как одномерным, так и многомерным.

В следующих четырех главах рассматриваются задачи синтеза управляемых систем и оценивания их состояния. Здесь даны алгоритмы численной реализации известных методов синтеза оптимального управления, решения классических задач аналитического конструирования (Летов - Калман) при неполной информации о состоянии управляемых объектов, а также алгоритмы конструирования законов управления, оптимальных по критерию обобщенной работы (А. А. Красовский), применительно к линейным и нелинейным системам. Рассмотрены также задачи осуществления назначенных траекторий движения для детерминированных и стохастических одномерных и многомерных систем. Кроме того, здесь даны алгоритмы наблюдения (оценивания) состояния управляемых систем, движение которых описывается линейными и нелинейными уравнениями. В этих алгоритмах реализованы простейшие схемы адаптации, обеспечивающие устойчивость процессов оценивания.

В гл. 9-11 даны алгоритмы моделирования управляемых систем, исследования их чувствительности и параметрической оптимизации. Приведенные здесь алгоритмы являются в определенном смысле универсальными. Исследуемая система может быть задана моделью в виде уравнений состояния, матрицы передаточных функций или структурной схемы. Для решения задач параметрической оптимизации предложены новые эффективные алгоритмы, ориентированные на интерактивную процедуру поиска экстремума по векторному критерию.

Принципы построения и структура комплекса прикладных программ изложены в гл. 12. Такой комплекс разработан в МВТУ им. Н. Э. Баумана. В настоящее время он применяется во многих научно-исследовательских и проектных организациях страны. В книге нет возможности привести все программы этого комплекса, поэтому дана лишь краткая характеристика его. Важной особенностью является простота языка, на котором ведется общение пользователя с ЭВМ, Задание на исследование или проектирование системы сообщается ЭВМ в виде структурных схем и указаний по типу решаемой задачи. Пользователю нет необходимости владеть приемами программирования или знать какой-либо алгоритмический язык. Комплекс позволяет выполнять формирование и изменение структурной схемы модели, частотный и статистический анализ, моделирование динамики, параметрическую оптими-

зацию по задаваемым критериям и требованиям к ним. Для описания структурных схем в комплексе программ имеется библиотека, содержащая более 60 различных типов функциональных блоков: передаточные функции, нелинейные характеристики, сумматоры, импульсные и логические элементы, генераторы случайных процессов и др. Результаты расчетов выводятся на экран графического или алфавитно-цифрового дисплея; по желанию проектировщика они могут быть выведены также на печатающее устройство и графопостроитель. Комплекс построен так, что может дополняться другими программами. Программы комплекса написаны на языке Фортран-IV и насчитывают около 6000 операторов.

Помимо авторов книги в разработке программ принимали участие И. К. Большакова, Е. А. Котов, И. В. Медведев, А. В. Наконечный, И. И. Степанова.

Предлагаемая читателям книга не является первой в этой области и не будет последней. Мы надеемся, что наша работа, как и книги наших предшественников, будет способствовать применению ЭВМ для исследования и проектирования систем управления различного назначения.