Säätöjärjestelmien tyypit | Lineaarinen ja epälineaarinen säätöjärjestelmä
Ohjausjärjestelmä on laitteiden järjestelmä, joka hallinnoi, komentoa, ohjaa tai säätelee muiden laitteiden toimintaa saavuttaakseen halutun tuloksen. Toisin sanoen ohjausjärjestelmän määritelmä voidaan yksinkertaistaa järjestelmäksi, joka ohjaa muita järjestelmiä saavuttaakseen halutun tilan. On olemassa erilaisia ohjausjärjestelmien tyyppejä, jotka voidaan pääpiirteittäin luokitella lineaarisiin ohjausjärjestelmiin tai epälineaarisiin ohjausjärjestelmiin. Nämä ohjausjärjestelmien tyypit käsitellään yksityiskohtaisemmin alla.
Lineaariset ohjausjärjestelmät
Jotta ymmärtäisimme lineaarisen ohjausjärjestelmän, meidän pitäisi ensin ymmärtää superponointiperiaate. Superponointiperiaate sisältää kaksi tärkeää ominaisuutta, ja ne selitetään alla:
Homogeenisuus: Järjestelmä on homogeeninen, jos kerromme syötteen jollakin vakiona A, silloin myös ulostulo kerrotaan samalla vakion (eli A) arvolla.
Additiivisuus: Oletetaan, että meillä on järjestelmä S, ja annamme tälle järjestelmälle ensimmäiseksi syötteenä a1 ja saamme vastaavasti ulostulona b1 syötteen a1 mukaisesti. Toinen kerta, kun annamme syötteenä a2, saamme vastaavasti ulostulona b2.
Nyt oletetaan, että tämä kerta annamme syötteenä aiempien syötteiden summa (eli a1 + a2) ja vastaavasti tähän syötteeseen saamme ulostulona (b1 + b2), voimme sanoa, että järjestelmä S noudattaa additiivisuuden ominaisuutta. Nyt voimme määritellä lineaariset ohjausjärjestelmät niiksi ohjausjärjestelmien tyypeiksi, jotka noudattavat homogeenisuuden ja additiivisuuden periaatteita.
Lineaaristen ohjausjärjestelmien esimerkkejä
Harkitse puhtaasti vastustavaa verkkoa vakio DC-lähteellä. Tämä piiri noudattaa homogeenisuuden ja additiivisuuden periaatteita. Kaikki ei-toivottujen vaikutusten huomioidaan unohtuneen ja olettaen jokaisen verkon elementin ideaalisen käyttäytymisen, sanomme, että saamme lineaariset jännite- ja virta-ominaisuudet. Tämä on esimerkki lineaarisesta ohjausjärjestelmästä.
Epälineaariset ohjausjärjestelmät
Voimme yksinkertaisesti määritellä epälineaarisen ohjausjärjestelmän ohjausjärjestelmäksi, joka ei noudata homogeenisuuden periaatetta. Todellisessa elämässä kaikki ohjausjärjestelmät ovat epälineaarisia järjestelmiä (lineaariset ohjausjärjestelmät ovat vain teoreettisia). Kuvausfunktio on likimääräinen menetelmä tietyissä epälineaaristen ohjausongelmien analysoinnissa.
Epälineaaristen järjestelmien esimerkkejä
Yleisesti tunnettu esimerkki epälineaarisesta järjestelmästä on magneettinen käyrä tai tyhjiökäyrä DC-moottorissa. Keskustelemme lyhyesti DC-moottorien tyhjiökäyrästä: Tyhjiökäyrä antaa meille suhteen ilman kuilua fluxin ja kenttäkytkentän mmf:n välillä. On hyvin selvää alla olevasta käyrästä, että alussa on lineaarinen suhde kytkennän mmf:n ja ilman kuilua fluxin välillä, mutta tämän jälkeen saturointi tulee esiin, mikä osoittaa epälineaarisen käytöksen käyrällä tai epälineaarisen ohjausjärjestelmän ominaisuuksissa.
Analoginen tai jatkuva järjestelmä
Näissä ohjausjärjestelmien tyypeissä meillä on jatkuva signaali järjestelmän syötteenä. Nämä signaalit ovat ajan jatkuvia funktioita. Meillä voi olla erilaisia jatkuvien syöttesignaalien lähteitä, kuten sinimuotoiset signaalilähteet, neliömäiset signaalilähteet; signaali voi olla muodossa jatkuva kolmio jne.
Digitaalinen tai diskreetti järjestelmä
Näissä ohjausjärjestelmien tyypeissä meillä on diskreetti signaali (tai signaali voi olla pulssimuotoinen) järjestelmän syötteenä. Nämä signaalit ovat ajan diskreettejä välejä. Voimme muuntaa erilaiset jatkuvat syöttesignaalit, kuten sinimuotoiset signaalilähteet, neliömäiset signaalilähteet jne. diskreetiksi käyttämällä kytkintä.
Nyt on olemassa useita etuja diskreetille tai digitaaliselle järjestelmälle analogista järjestelmää vastaan, ja nämä edut on kirjoitettu alla:
Digitaaliset järjestelmät pystyvät käsittelemään epälineaarisia ohjausjärjestelmiä tehokkaammin kuin analogiset järjestelmät.
Diskreetissä tai digitaalisessa järjestelmässä tarvittava teho on vähemmän verrattuna analogisiin järjestelmiin.
Digitaalinen järjestelmä on tarkempi ja pystyy suorittamaan monimutkaisia laskutoimituksia helposti verrattuna analogisiin järjestelmiin.
Digitaalisen järjestelmän luotettavuus on suurempi verrattuna analogiseen järjestelmään. Ne ovat myös pieniä ja kompakteja.
Digitaalinen järjestelmä toimii loogisilla operaatioilla, mikä lisää niiden tarkkuutta huomattavasti.
Diskreetissä järjestelmässä tapahtuvat hukkaluvut ovat yleensä vähemmän verrattuna analogisiin järjestelmiin.
Yhden syötteen yhden ulostulon järjestelmät
Näitä kutsutaan myös SISO-tyypiksi. Tässä järjestelmällä on yksi syöte yhdelle ulostulolle. Erilaisia tämänkaltaisia järjestelmiä voivat sisältää lämpötilan ohjaus, sijaintiohjaus jne.
Usean syötteen usean ulostulon järjestelmät
Näitä kutsutaan myös MIMO-tyypiksi. Tässä järjestelmällä on useita ulostuloja useille syötteille. Erilaisia tämänkaltaisia järjestelmiä voivat sisältää PLC-tyyppiset järjestelmät jne.
Kokonaismääräinen parametrinen järjestelmä
Näissä ohjausjärjestelmien tyypeissä erilaiset aktiiviset ja passiiviset komponentit oletetaan keskittyneeksi yhteen pisteeseen, ja siksi näitä kutsutaan kokonaismääräisiksi parametriseksi järjestelmiksi. Tällaisten järjestelmien analyysi on hyvin helppoa, ja se sisältää differentiaaliyhtälöt.
