制御システムの種類 | 線形と非線形制御システム
制御システムとは、他のデバイスの動作を管理、命令、指示または調整して所望の結果を得るためのデバイスのシステムです。つまり、制御システムの定義は、他のシステムを制御して所望の状態を達成するシステムとして単純化することができます。さまざまな制御システムの種類があり、これらは主に線形制御システムと非線形制御システムに大別されます。これらの制御システムの種類については以下で詳しく説明します。
線形制御システム
線形制御システムを理解するためには、まず重ね合わせの原理を理解する必要があります。重ね合わせの原理には2つの重要な特性が含まれており、以下に説明します：
斉次性：入力に一定の定数Aを乗じた場合、出力も同じ値の定数（つまりA）で乗じられるとき、そのシステムは斉次であると言えます。
加法性：あるシステムSがあり、最初に入力a1を与え、対応する出力b1を得るとします。次に入力a2を与え、対応する出力b2を得るとします。
今度は、以前の入力の合計（つまりa1 + a2）を与えた場合、対応する出力が（b1 + b2）となったとき、システムSは加法性の性質を持っていると言えます。これにより、線形制御システムを斉次性と加法性の原則に従う制御システムの種類として定義することができます。
線形制御システムの例
一定のDC電源を持つ純粋な抵抗ネットワークを考えます。この回路は斉次性と加法性の原則に従います。不要な効果は無視し、各要素の理想的な挙動を仮定すると、線形の電圧と電流特性を得ることができます。これが線形制御システムの一例です。
非線形制御システム
斉次性の原則に従わない制御システムを非線形制御システムと単純に定義できます。実際には、すべての制御システムは非線形システムであり（線形制御システムは理論上のみ存在します）。記述関数は、特定の非線形制御問題を分析するための近似手順です。
非線形システムの例
非線形システムのよく知られた例は、磁化曲線または直流機の空載曲線です。ここでは直流機の空載曲線について簡単に説明します：空載曲線は、エアギャップフラックスとフィールド巻線mmfとの関係を示します。以下の曲線から明らかなように、最初は巻線mmfとエアギャップフラックスの間に線形の関係がありますが、その後飽和が発生し、非線形制御システムの曲線または特性の非線形挙動を示します。
アナログまたは連続システム
これらの制御システムの種類では、システムへの入力として連続信号を使用します。これらの信号は時間の連続関数です。正弦波型の信号入力源、方形波型の信号入力源など、様々な連続入力信号源があるかもしれません。
デジタルまたは離散システム
これらの制御システムの種類では、システムへの入力として離散信号（またはパルス形式の信号）を使用します。これらの信号は時間の離散間隔を持ちます。スイッチを使用して、正弦波型の信号入力源、方形波型の信号入力源などを離散形式に変換することができます。
離散またはデジタルシステムがアナログシステムよりも持つさまざまな利点は以下の通りです：
デジタルシステムは、アナログシステムよりも非線形制御システムをより効果的に扱うことができます。
離散またはデジタルシステムの場合の消費電力は、アナログシステムよりも少ないです。
デジタルシステムは高い精度を持ち、複雑な計算を容易に行うことができます。
デジタルシステムの信頼性は高く、小型でコンパクトなサイズを持っています。
デジタルシステムは論理演算に基づいて動作し、これはその精度を大幅に向上させます。
一般的に、離散システムの損失はアナログシステムよりも少ないです。
単一入力単一出力システム
これらはまたSISOタイプのシステムとも呼ばれます。このシステムでは、単一の入力に対して単一の出力があります。このようなシステムの例には、温度制御、位置制御システムなどが含まれます。
多重入力多重出力システム
これらはまたMIMOタイプのシステムとも呼ばれます。このシステムでは、複数の入力に対して複数の出力があります。このようなシステムの例には、PLCシステムなどが含まれます。
集中パラメータシステム
これらの制御システムの種類では、各種の能動的および受動的な部品が一点に集中していると仮定され、そのためこれらのシステムは集中パラメータシステムと呼ばれます。このようなシステムの解析は非常に簡単で、微分方程式を含みます。
分散パラメータシステム
これらの制御システムでは、各種の能動的部品（例えばインダクタやコンデンサ）と受動的パラメータ（抵抗）が長さに沿って均一に分布していると仮定され、そのためこれらのシステムは分散パラメータシステムと呼ばれます。このようなシステムの解析は少し難しく、偏微分方程式を含みます。
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