Εισαγωγή στη σχεδίαση συστημάτων ελέγχου με το Matlab

Το βιβλίο αυτό απευθύνεται στους σπουδαστές τριτοβάθμιας εκπαίδευσης για την εισαγωγή στη σχεδίαση συστημάτων ελέγχου με χρήση CAD πακέτων και ειδικότερα του ευρύτατα γνωστού και χρησιμοποιούμενου πακέτου MATLAB Version 7 (R14). Το βιβλίο προϋποθέτει την εισαγωγική γνώση της κλασσικής θεωρίας συστημάτων αυτομάτου ελέγχου συνεχούς και διακριτού χρόνου. Το βιβλίο αποτελείται από 13 κεφάλαια. Το κεφάλαιο 1 παρουσιάζει μια γενική εισαγωγή στις βασικές λειτουργίες του MATLAB όπως είσοδος-έξοδος από το πρόγραμμα, χειρισμός διανυσμάτων και πινάκων, βασικές συναρτήσεις, δομές ελέγχου και πολυώνυμα. Το κεφάλαιο 2 παρουσιάζει την κατασκευή διαγραμμάτων δύο και τριών διαστάσεων στο MATLAB και την επεξεργασία τους. Το κεφάλαιο 3 παρουσιάζει τους εναλλακτικούς τρόπους μαθηματικής περιγραφής δυναμικών συστημάτων: περιγραφή στο πεδίο του χρόνου και περιγραφή στο μιγαδικό πεδίο. Οι κατασκευή των περιγραφών στο MATLAB και η μετατροπή από περιγραφή σε περιγραφή είναι το αντικείμενο του κεφαλαίου. Το κεφάλαιο 4 αναφέρεται στην μελέτη της δυναμικής συμπεριφοράς γραμμικών δυναμικών συστημάτων με χρήση του MATLAB. Η δυναμική συστημάτων χαμηλής τάξης παρουσιάζεται ως εισαγωγικό παράδειγμα. Επίσης παρουσιάζεται η γραμμικοποίηση μή-γραμμικών συστημάτων αναλυτικά και με τη βοήθεια του MATLAB. Το κεφάλαιο 5 ασχολείται με την κατασκευή των διαγραμμάτων Bode, Nyquist και Nichols καθώς και με την παρουσίαση του LTI viewer το οποίο διευκολύνει την ανάλυση γραμμικών συστημάτων. Το κεφάλαιο 6 παρουσιάζει το Simulink το ισχυρότερο ίσως εργαλείο για την προσομοίωση γραμμικών και μή-γραμμικών συστημάτων. Επίσης παρουσιάζεται μια γενική εισαγωγή στη μοντελοποίηση των μη-γραμμικών συστημάτων, την εύρεση σημείων ισορροπίας και την γραμμικοποίηση πολύπλοκων μη-γραμμικών συστημάτων. Το κεφάλαιο 7 αναλύει ένα προχωρημένο χαρακτηριστικό του SIMULINK την χρήση του μπλόκ S-Function το οποίο δίνει την δυνατότητα μοντελοποίησης πολύπλοκων μη-γραμμικών συστημάτων υψηλής τάξης καθώς και την ενσωμάτωση προγραμμάτων γραμμένων σε υψηλές γλώσσες προγραμματισμού όπως η C και FORTRAN. Το κεφάλαιο 8 αναλύει τους περισσότερο γνωστούς και χρησιμοποιούμενους ελεγκτές, τους PID ελεγκτές. Επίσης εισάγει τον γνωστότερο τρόπο βαθμονόμησης PID ελεγκτών γνωστό ως μέθοδο Ziegler-Nichols. Τέλος, θέματα που συνδέονται με την υλοποίηση πραγματικών συστημάτων PID συζητούνται και αναλύονται στο τέλος του κεφαλαίου. Το κεφάλαιο 9 παρουσιάζει μεθόδους εκτίμησης των παραμέτρων και εναλλακτικούς τρόπους βαθμονόμησης PID ελεγκτών για συστήματα πρώτης τάξης με νεκρό χρόνο. Το κεφάλαιο κλείνει με την παρουσίαση μιας εμπειρικής μεθόδου για την προσέγγιση δυναμικής υψηλής τάξης με απλά μοντέλα. Το κεφάλαιο 10 εισάγει θεμελιώδεις έννοιες της ανάλυσης συστημάτων όπως το ελέγξιμο και παρατηρήσιμο καθώς και τον σχεδιασμό στατικών ελεγκτών ανατροφοδότησης κατάστασης. Στο κεφάλαιο 11 δίνεται μια σύντομη εισαγωγή στον προβλεπτικό έλεγχο βασισμένο σε γραμμικά μαθηματικά πρότυπα και παρουσιάζεται μια απλή εφαρμογή όπου εξετάζεται η δυνατότητα της μεθόδου να χειρίζεται περιορισμούς στη μεταβολή και την τιμή των σημάτων εισόδου ή/και εξόδου. Το κεφάλαιο 12 δίνει μια εισαγωγή στη θεωρία των μη-γραμμικών δυναμικών συστημάτων και παρουσιάζει βασικές έννοιες όπως αυτές της ευστάθειας, των διακλαδώσεων, της εμφάνισης οριακών κύκλων και της χαοτικής συμπεριφοράς. Τέλος, στο κεφάλαιο 13 παρουσιάζονται εφαρμογές οι οποίες χρησιμοποιούν στοιχεία από όλα σχεδόν τα κεφάλαια με σκοπό την καλλίτερη κατανόηση των εννοιών και εργαλείων που παρουσιάζει το βιβλίο αυτό. Το βιβλίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εισαγωγή στη σχεδίαση συστημάτων ελέγχων με τη βοήθεια υπολογιστικών πακέτων (CAD) σε προπτυχιακό επίπεδο. Οι παράγραφοι στις οποίες χρησιμοποιείται το σύμβολο (*) καθώς και τα κεφάλαια 7, 11 και 12 μπορούν να παραβλεφθούν στο επίπεδο αυτό. Οι ασκήσεις που παρουσιάζονται στο τέλος κάθε κεφαλαίου αποτελούν αναπόσπαστο μέρος του βιβλίου αυτού. (από τον πρόλογο του βιβλίου) Λιγότερα