Soorten regelsystemen | Lineair en niet-lineair regelsysteem

Een regelsysteem is een systeem van apparaten dat het gedrag van andere apparaten beheert, commandeert, leidt of reguleert om een gewenst resultaat te bereiken. Met andere woorden, de definitie van een regelsysteem kan worden vereenvoudigd tot een systeem dat andere systemen controleert om een gewenste toestand te bereiken. Er zijn verschillende soorten regelsystemen, die in grote lijnen kunnen worden ingedeeld als lineaire regelsystemen of niet-lineaire regelsystemen. Deze soorten regelsystemen worden hieronder uitgebreid besproken.

Lineaire regelsystemen

Om het lineaire regelsysteem te begrijpen, moeten we eerst het principe van superpositie begrijpen. Het principe van superpositiestelling omvat twee belangrijke eigenschappen en deze worden hieronder uitgelegd:
Homogeniteit: Een systeem wordt homogeen genoemd, als we de invoer vermenigvuldigen met een constante A, dan zal de uitvoer ook worden vermenigvuldigd met dezelfde waarde van de constante (d.w.z. A).
Additiviteit: Stel dat we een systeem S hebben en we geven dit systeem voor de eerste keer de invoer a1 en we krijgen de uitvoer b1 overeenkomstig de invoer a1. De tweede keer geven we de invoer a2 en overeenkomstig hiermee krijgen we de uitvoer b2.

Nu, stel dat we deze keer de invoer geven als de som van de vorige invoeren (d.w.z. a1 + a2) en overeenkomstig deze invoer nemen we aan dat we de uitvoer (b1 + b2) krijgen, dan kunnen we zeggen dat systeem S de eigenschap van additiviteit volgt. Nu kunnen we de lineaire regelsystemen definiëren als die soorten regelsystemen die het principe van homogeniteit en additiviteit volgen.

Voorbeelden van lineaire regelsystemen

Overweeg een zuiver weerstandsnetwerk met een constante DC-bron. Dit circuit volgt het principe van homogeniteit en additiviteit. Alle ongewenste effecten worden genegeerd en bij de veronderstelling van ideaal gedrag van elk element in het netwerk, zeggen we dat we lineaire spannings- en stromings-kenmerken zullen krijgen. Dit is een voorbeeld van een lineair regelsysteem.

Niet-lineaire regelsystemen

We kunnen een niet-lineair regelsysteem eenvoudig definiëren als een regelsysteem dat niet het principe van homogeniteit volgt. In het echte leven zijn alle regelsystemen niet-lineaire systemen (lineaire regelsystemen bestaan alleen in theorie). De beschrijvende functie is een benaderde procedure voor het analyseren van bepaalde niet-lineaire regelproblemen.

Voorbeelden van niet-lineaire systemen

Een bekend voorbeeld van een niet-lineair systeem is een magnetisatiecurve of belastingscurve van een gelijkstroommachine. We zullen hier kort de belastingscurve van gelijkstroommachines bespreken: De belastingscurve geeft ons het verband tussen de luchtgapsflux en de veldspoelmagneetkracht. Het is duidelijk uit de curve hieronder dat in het begin er een lineair verband is tussen de spoelmagneetkracht en de luchtgapsflux, maar hierna komt verzadiging op, wat het niet-lineaire gedrag van de curve of kenmerken van het niet-lineaire regelsysteem aantoont.

Analoge of continue systemen

Bij deze soorten regelsystemen hebben we een continu signaal als invoer voor het systeem. Deze signalen zijn continue functies van de tijd. We kunnen verschillende bronnen van continue invoersignalen hebben, zoals sinusvormige type-signalen, vierkante type-signalen; het signaal kan ook in de vorm van een continue driehoek zijn, enz.

Digitale of discrete systemen

Bij deze soorten regelsystemen hebben we een discreet signaal (of het signaal kan in de vorm van een pulssignaal zijn) als invoer voor het systeem. Deze signalen hebben een discreet tijdsinterval. We kunnen verschillende bronnen van continue invoersignalen, zoals sinusvormige type-signalen, vierkante type-signalen, enz., omzetten naar een discrete vorm met behulp van een schakelaar.
Nu zijn er verschillende voordelen van discrete of digitale systemen ten opzichte van analoge systemen en deze voordelen staan hieronder:

1. Digitale systemen kunnen niet-lineaire regelsystemen effectiever afhandelen dan analoog type systemen.

2. Het vermogensverbruik in het geval van een discreet of digitaal systeem is minder vergeleken met analoog systemen.

3. Digitale systemen hebben een hogere nauwkeurigheid en kunnen diverse complexe berekeningen gemakkelijker uitvoeren dan analoog systemen.

4. De betrouwbaarheid van digitale systemen is groter vergeleken met analoog systemen. Ze hebben ook een kleine en compacte grootte.

5. Digitale systemen werken op basis van logische operaties, wat hun nauwkeurigheid vele malen verhoogt.

6. Verliezen in het geval van discrete systemen zijn in het algemeen minder dan bij analoog systemen.

Eén-invoer één-uitvoer systemen

Dit worden ook wel SISO-type systemen genoemd. Hierbij heeft het systeem één invoer voor één uitvoer. Verschillende voorbeelden van dit soort systeem kunnen temperatuurregeling, positiecontrolesysteem, enz. omvatten.

Meerdere-invoer meerdere-uitvoer systemen

Dit worden ook wel MIMO-type systemen genoemd. Hierbij heeft het systeem meerdere uitvoer voor meerdere invoer. Verschillende voorbeelden van dit soort systeem kunnen PLC-type systemen, enz. omvatten.

Gebundeld parameter systeem

Bij deze soorten regelsystemen worden de verschillende actieve en passieve componenten ervan uitgegaan dat ze op één punt zijn gebundeld, en daarom worden deze gebundelde parameter systemen genoemd. De analyse van dit soort systeem is erg eenvoudig en omvat differentiaalvergelijkingen.

Verdeeld parameter systeem

Bij deze soorten regelsystemen, worden de verschillende actieve (zoals