Типове управляващи системи | Линейни и нелинейни управляващи системи
Контролната система е система от устройства, които управляват, командират, насочват или регулират поведението на други устройства, за да се постигне желан резултат. С други думи, дефиницията на контролна система може да бъде опростена като система, която контролира други системи, за да се постигне желано състояние. Има различни типове контролни системи, които могат да бъдат обобщено класифицирани като линейни контролни системи или нелинейни контролни системи. Тези типове контролни системи са разгледани подробно по-долу.
Линейни контролни системи
За да разберем линейната контролна система, първо трябва да разберем принципа на суперпозиция. Принципът на суперпозицията включва две важни свойства, които са обяснени по-долу:
Хомогенност: Системата се счита за хомогенна, ако умножим входа с някаква константа A, тогава изходът също ще бъде умножен със същата стойност на константата (т.е. A).
Адитивност: Нека имаме система S и даваме вход на тази система като a1 за първи път и получаваме изход b1 съответно на вход a1. При втория път даваме вход a2 и съответно на това получаваме изход b2.
Сега нека този път даваме вход като сумата на предходните входове (т.е. a1 + a2) и съответно на този вход, нека получаваме изход (b1 + b2), тогава можем да кажем, че система S следва свойството на адитивност. Сега сме в състояние да дефинираме линейните контролни системи като тези типове контролни системи, които следват принципа на хомогенност и адитивност.
Примери за линейни контролни системи
Разглеждаме чисто резистивна мрежа с постоянен DC източник. Тази схема следва принципа на хомогенност и адитивност. Всички нежелани ефекти са пренебрегнати и при предположение за идеално поведение на всеки елемент в мрежата, казваме, че ще получим линейни напрежения и токове. Това е пример за линейна контролна система.
Нелинейни контролни системи
Можем просто да дефинираме нелинейна контролна система като контролна система, която не следва принципа на хомогенност. В реалния живот всички контролни системи са нелинейни системи (линейните контролни системи съществуват само теоретично). Описващата функция е приблизителен метод за анализ на определени нелинейни контролни проблеми.
Примери за нелинейни системи
Един добре известен пример за нелинейна система е крива на намагничаване или крива без натоварване на DC машина. Ще обсъдим кратко кривата без натоварване на DC машините тук: Кривата без натоварване ни дава връзката между въздушната празнина и магнитния поток и магнитния поток на полевата обмотка. От кривата, представена по-долу, е ясно, че в началото има линейна връзка между магнитния поток на обмотката и въздушната празнина, но след това настъпва насищане, което показва нелинейното поведение на кривата или характеристиките на нелинейната контролна система.
Аналогови или непрекъснати системи
В тези типове контролни системи, имаме непрекъснат сигнал като вход за системата. Тези сигнали са непрекъснати функции на времето. Можем да имаме различни източници на непрекъснат входящ сигнал като синусоидален тип сигнал, квадратен тип сигнал, сигнал във формата на непрекъснат триъгълник и т.н.
Цифрови или дискретни системи
В тези типове контролни системи, имаме дискретен сигнал (или сигнал може да бъде във формата на импулс) като вход за системата. Тези сигнали имат дискретен интервал от време. Можем да преобразуваме различни източници на непрекъснат входящ сигнал като синусоидален тип сигнал, квадратен тип сигнал и т.н. в дискретна форма, използвайки ключ.
Сега има различни предимства на дискретните или цифрови системи в сравнение с аналоговите системи, и тези предимства са описани по-долу:
Цифровите системи могат да обработват нелинейни контролни системи по-ефективно от аналого вид системи.
Потреблението на енергия при дискретни или цифрови системи е по-малко в сравнение с аналогови системи.
Цифровите системи имат по-висока точност и могат лесно да извършват различни сложни изчисления в сравнение с аналогови системи.
Надеждността на цифровите системи е по-голяма в сравнение с аналогови системи. Те също имат малък и компактен размер.
Цифровите системи работят с логически операции, което увеличава многократно техната точност.
Потери при дискретни системи са по-малки в сравнение с аналогови системи в общия случай.
Системи с един вход и един изход
Тези са известни също като SISO тип системи. В тях системата има един вход за един изход. Различни примери за такъв вид системи могат да включват контрол на температура, контрол на положение и т.н.
Системи с много входове и много изходи
Тези са известни също като MIMO тип системи. В тях системата има множество изходи за множество входове. Различни примери за такъв вид системи могат да включват PLC тип системи и т.н.
Системи с концентрирани параметри
В тези типове контролни системи, различните активни и пасивни компоненти се предполага, че са концентрирани в една точка и затова тези се наричат системи с концентрирани параметри. Анализът на такъв вид системи е много лесен, който включва диференциални уравнения.
Системи с разпределени параметри
