Typy řídicích systémů | Lineární a nelineární řídicí systémy
Řídicí systém je systém zařízení, který spravuje, přikazuje, směruje nebo reguluje chování jiných zařízení, aby byl dosažen požadovaný výsledek. Jinými slovy, definici řídicího systému lze zjednodušit jako systém, který ovládá jiné systémy, aby byl dosažen požadovaný stav. Existuje mnoho typů řídicích systémů, které lze obecně kategorizovat jako lineární řídicí systémy nebo nelineární řídicí systémy. Tyto typy řídicích systémů jsou podrobněji popsány níže.
Lineární řídicí systémy
Abychom porozuměli lineárnímu řídicímu systému, měli bychom nejdříve pochopit princip superpozice. Princip superpoziční věty zahrnuje dvě důležité vlastnosti, které jsou vysvětleny níže:
Homogenita: Systém se nazývá homogenní, pokud vynásobíme vstup nějakou konstantou A, pak bude i výstup vynásoben stejnou hodnotou konstanty (tj. A).
Aditivita: Předpokládejme, že máme systém S a dáváme tomuto systému na vstup a1 poprvé a dostáváme výstup b1 odpovídající vstupu a1. Druhým spuštěním dáváme vstup a2 a odpovídající tomu dostáváme výstup b2.
Nyní předpokládejme, že tentokrát dáváme vstup ve formě součtu předchozích vstupů (tj. a1 + a2) a odpovídající tomuto vstupu dostáváme výstup (b1 + b2), pak můžeme říci, že systém S splňuje vlastnost aditivity. Nyní můžeme definovat lineární řídicí systémy jako tyto typy řídicích systémů, které splňují princip homogenity a aditivity.
Příklady lineárního řídicího systému
Zvažte čistě odporovou síť s konstantním DC zdrojem. Tato obvod následuje princip homogenity a aditivity. Všechny nežádoucí účinky jsou zanedbány a předpokládáme ideální chování každého prvku v síti, říkáme, že dostaneme lineární napětí a proud. Toto je příklad lineárního řídicího systému.
Nelineární řídicí systémy
Můžeme jednoduše definovat nelineární řídicí systém jako řídicí systém, který nesplňuje princip homogenity. Ve skutečném životě jsou všechny řídicí systémy nelineární systémy (lineární řídicí systémy existují pouze teoreticky). Funkce popisující popisující funkci je aproximativní postup pro analýzu určitých problémů nelineárního řízení.
Příklady nelineárního systému
Dobře známým příkladem nelineárního systému je křivka magnetizace nebo bezprovozní křivka DC stroje. Zde stručně diskutujeme bezprovozní křivku DC strojů: Bezprovozní křivka nám dává vztah mezi vzduchovou mezera a polem vedením mmf. Je velmi jasné z níže uvedené křivky, že na začátku je lineární vztah mezi mmf vedením a vzduchovou mezerou, ale poté nastane nasycení, což ukazuje nelineární chování křivky nebo charakteristik nelineárního řídicího systému.
Analogový nebo spojitý systém
V těchto typech řídicích systémů máme spojitý signál jako vstup do systému. Tyto signály jsou spojitou funkcí času. Mohli bychom mít různé zdroje spojitého vstupního signálu, jako jsou sinusové typy signálů, čtvercové typy signálů, signály mohou být také ve formě spojitého trojúhelníku atd.
Digitální nebo diskrétní systém
V těchto typech řídicích systémů máme diskrétní signál (nebo signál může být ve formě pulsu) jako vstup do systému. Tyto signály mají diskrétní intervaly času. Různé zdroje spojitého vstupního signálu, jako jsou sinusové typy signálů, čtvercové typy signálů atd., můžeme pomocí přepínače převést na diskrétní formu.
Nyní existuje mnoho výhod diskrétních nebo digitálních systémů oproti analogovým systémům a tyto výhody jsou uvedeny níže:
Digitální systémy mohou efektivněji zvládat nelineární řídicí systémy než analogové systémy.
Požadavek na energii v případě diskrétního nebo digitálního systému je nižší než u analogových systémů.
Digitální systém má vyšší stupeň přesnosti a může snadno provádět různé komplexní výpočty oproti analogovým systémům.
Spolehlivost digitálního systému je vyšší než u analogového systému. Mají také malou a kompaktní velikost.
Digitální systém pracuje s logickými operacemi, což zvyšuje jejich přesnost mnohokrát.
Ztráty v případě diskrétních systémů jsou obecně nižší než u analogových systémů.
Systémy s jedním vstupem a jedním výstupem
Tyto systémy jsou také známy jako SISO typ systému. V tomto systému má systém jeden vstup pro jeden výstup. Různé příklady tohoto druhu systému mohou zahrnovat kontrolu teploty, systém kontroly polohy atd.
Systémy s více vstupy a více výstupy
Tyto systémy jsou také známy jako MIMO typ systému. V tomto systému má systém více výstupů pro více vstupů. Různé příklady tohoto druhu systému mohou zahrnovat PLC typ systému atd.
Soustava s shlukem parametrů
V těchto typech řídicích systémů se předpokládá, že různé aktivní a pasivní komponenty jsou soustředěny v jednom bodě a proto se tyto systémy nazývají systémy s shlukem parametrů. Analýza takových systémů je velmi jednoduchá a zahrnuje diferenciální rovnice.
