Tipi di Sistemi di Controllo | Sistema di Controllo Lineare e Non Lineare

Un sistema di controllo è un sistema di dispositivi che gestisce, comanda, dirige o regola il comportamento di altri dispositivi per ottenere un risultato desiderato. In altre parole, la definizione di un sistema di controllo può essere semplificata come un sistema che controlla altri sistemi per raggiungere uno stato desiderato. Esistono vari tipi di sistemi di controllo, che possono essere ampiamente categorizzati come sistemi di controllo lineari o sistemi di controllo non lineari. Questi tipi di sistemi di controllo sono discussi in dettaglio di seguito.

Sistemi di Controllo Lineari

Per comprendere il sistema di controllo lineare, dovremmo prima comprendere il principio di sovrapposizione. Il principio del teorema di sovrapposizione include due proprietà importanti, spiegate di seguito:
Omicità: Un sistema si dice omogeneo se moltiplichiamo l'ingresso con una costante A, allora l'uscita sarà moltiplicata dalla stessa costante (cioè A).
Additività: Supponiamo di avere un sistema S e di fornire l'ingresso a questo sistema come a1 per la prima volta e di ottenere l'uscita b1 corrispondente all'ingresso a1. La seconda volta forniamo l'ingresso a2 e corrispondentemente otteniamo l'uscita b2.

Ora supponiamo che questa volta forniamo l'ingresso come somma degli ingressi precedenti (cioè a1 + a2) e corrispondentemente a questo ingresso supponiamo di ottenere l'uscita (b1 + b2) allora possiamo dire che il sistema S segue la proprietà di additività. Ora siamo in grado di definire i sistemi di controllo lineari come quei tipi di sistemi di controllo che seguono il principio di omicità e additività.

Esempi di Sistema di Controllo Lineare

Consideriamo una rete puramente resistiva con una sorgente DC costante. Questo circuito segue il principio di omicità e additività. Tutti gli effetti indesiderati vengono trascurati e assumendo un comportamento ideale di ogni elemento nella rete, diciamo che otterremo caratteristiche lineari di tensione e corrente. Questo è un esempio di un sistema di controllo lineare.

Sistemi di Controllo Non Lineari

Possiamo semplicemente definire un sistema di controllo non lineare come un sistema di controllo che non segue il principio di omicità. Nella vita reale, tutti i sistemi di controllo sono sistemi non lineari (i sistemi di controllo lineari esistono solo in teoria). La funzione descrittiva è una procedura approssimativa per analizzare certi problemi di controllo non lineare.

Esempi di Sistema Non Lineare

Un noto esempio di sistema non lineare è una curva di magnetizzazione o curva a vuoto di una macchina DC. Discuteremo brevemente la curva a vuoto delle macchine DC qui: La curva a vuoto ci dà la relazione tra il flusso nell'aria e l'mmf dell'avvolgimento di campo. È molto chiaro dalla curva riportata di seguito che all'inizio c'è una relazione lineare tra l'mmf dell'avvolgimento e il flusso nell'aria, ma dopo questo, la saturazione ha luogo, mostrando il comportamento non lineare della curva o delle caratteristiche del sistema di controllo non lineare.

Sistema Analogico o Continuo

In questi tipi di sistemi di controllo, abbiamo un segnale continuo come ingresso al sistema. Questi segnali sono funzioni continue del tempo. Potremmo avere varie sorgenti di segnale d'ingresso continuo come una sorgente di segnale sinusoidale, una sorgente di segnale quadrato; il segnale potrebbe essere in forma di triangolo continuo, ecc.

Sistema Digitale o Discreto

In questi tipi di sistemi di controllo, abbiamo un segnale discreto (o il segnale può essere in forma di impulso) come ingresso al sistema. Questi segnali hanno un intervallo di tempo discreto. Possiamo convertire varie sorgenti di segnale d'ingresso continuo come una sorgente di segnale sinusoidale, una sorgente di segnale quadrato, ecc., in forma discreta utilizzando un interruttore.
Ora ci sono vari vantaggi dei sistemi discreti o digitali rispetto ai sistemi analogici e questi vantaggi sono elencati di seguito:

1. I sistemi digitali possono gestire più efficacemente i sistemi di controllo non lineari rispetto ai sistemi di tipo analogico.

2. Il requisito di potenza nel caso di un sistema discreto o digitale è inferiore rispetto ai sistemi analogici.

3. Il sistema digitale ha una maggiore precisione e può eseguire facilmente varie complesse operazioni di calcolo rispetto ai sistemi analogici.

4. La affidabilità del sistema digitale è maggiore rispetto al sistema analogico. Hanno anche dimensioni piccole e compatte.

5. Il sistema digitale funziona su operazioni logiche, che aumentano la loro precisione molte volte.

6. Le perdite nel caso di sistemi discreti sono inferiori rispetto ai sistemi analogici in generale.

Sistemi con Singolo Ingresso e Singola Uscita

Questi sono anche noti come sistemi SISO. In questo, il sistema ha un singolo ingresso per una singola uscita. Vari esempi di questo tipo di sistema possono includere il controllo della temperatura, il sistema di controllo della posizione, ecc.

Sistemi con Multiplo Ingresso e Multipla Uscita

Questi sono anche noti come sistemi MIMO. In questo, il sistema ha multiple uscite per multipli ingressi. Vari esempi di questo tipo di sistema possono includere sistemi di tipo PLC, ecc.

Sistema a Parametri Concentrati

In questi tipi di sistemi di controllo, i vari componenti attivi e passivi sono assunti concentrati in un punto e per questo motivo questi sono chiamati sistemi a parametri concentrati. L'analisi di questo tipo di sistema è molto facile e include equazioni differenziali.

Sistema a Parametri Distribuiti

In questi tipi di sistemi di controllo, i vari parametri attivi (come induttori e condensatori) e passivi (resistenze<