Типы систем управления | Линейные и нелинейные системы управления

Система управления - это система устройств, которая управляет, командует, направляет или регулирует поведение других устройств для достижения желаемого результата. Другими словами, определение системы управления можно упростить как системы, которая управляет другими системами для достижения желаемого состояния. Существуют различные типы систем управления, которые можно условно разделить на линейные системы управления и нелинейные системы управления. Эти типы систем управления подробно обсуждаются ниже.

Линейные системы управления

Чтобы понять линейную систему управления, сначала нужно понять принцип суперпозиции. Принцип суперпозиции включает два важных свойства, которые описаны ниже:
Однородность: Система называется однородной, если мы умножим входное значение на некоторую константу A, то выходное значение также будет умножено на ту же величину константы (т.е. A).
Аддитивность: Предположим, у нас есть система S, и мы подаем на нее входное значение a1 в первый раз и получаем выходное значение b1, соответствующее входному значению a1. Во второй раз мы подаем входное значение a2 и получаем выходное значение b2.

Теперь предположим, что в этот раз мы подаем входное значение, равное сумме предыдущих входных значений (т.е. a1 + a2), и, соответственно, получаем выходное значение (b1 + b2), тогда мы можем сказать, что система S следует свойству аддитивности. Теперь мы можем определить линейные системы управления как те типы систем управления, которые следуют принципам однородности и аддитивности.

Примеры линейных систем управления

Рассмотрим чисто резистивную сеть с постоянным источником DC. Эта цепь следует принципу однородности и аддитивности. Все нежелательные эффекты игнорируются, и предполагая идеальное поведение каждого элемента в сети, мы говорим, что получим линейные напряжение и ток характеристики. Это пример линейной системы управления.

Нелинейные системы управления

Мы можем просто определить нелинейную систему управления как систему управления, которая не следует принципу однородности. В реальной жизни все системы управления являются нелинейными (линейные системы управления существуют только в теории). Описывающая функция является приближенной процедурой для анализа некоторых задач нелинейного управления.

Примеры нелинейных систем

Известный пример нелинейной системы - кривая намагничивания или кривая холостого хода DC машины. Мы кратко обсудим кривую холостого хода DC машин здесь: Кривая холостого хода показывает нам взаимосвязь между воздушным зазором и МДС обмотки возбуждения. Из приведенной ниже кривой очевидно, что в начале существует линейная связь между МДС обмотки и воздушным зазором, но после этого происходит насыщение, которое показывает нелинейное поведение кривой или характеристик нелинейной системы управления.

Аналоговая или непрерывная система

В этих типах систем управления мы имеем непрерывный сигнал в качестве входного сигнала в систему. Эти сигналы являются непрерывной функцией времени. У нас могут быть различные источники непрерывного входного сигнала, такие как синусоидальный тип сигнала, квадратный тип сигнала; сигнал может быть в форме непрерывного треугольника и т.д.

Цифровая или дискретная система

В этих типах систем управления мы имеем дискретный сигнал (или сигнал может быть в виде импульса) в качестве входного сигнала в систему. Эти сигналы имеют дискретные интервалы времени. Мы можем преобразовать различные источники непрерывного входного сигнала, такие как синусоидальный тип сигнала, квадратный тип сигнала и т.д., в дискретную форму с помощью переключателя.
Теперь существуют различные преимущества дискретных или цифровых систем по сравнению с аналоговыми системами, и эти преимущества перечислены ниже:

1. Цифровые системы могут эффективнее управлять нелинейными системами управления, чем аналоговые системы.

2. Энергопотребление в случае дискретной или цифровой системы меньше по сравнению с аналоговыми системами.

3. Цифровые системы имеют более высокую степень точности и могут легко выполнять различные сложные вычисления по сравнению с аналоговыми системами.

4. Надежность цифровых систем выше по сравнению с аналоговыми системами. Они также имеют компактные размеры.

5. Цифровые системы работают на основе логических операций, что увеличивает их точность во много раз.

6. Потери в случае дискретных систем, как правило, меньше по сравнению с аналоговыми системами.

Системы с одним входом и одним выходом

Эти системы также известны как SISO. В таких системах один вход предназначен для одного выхода. Различные примеры таких систем могут включать систему управления температурой, систему позиционирования и т.д.

Системы с множественными входами и выходами

Эти системы также известны как MIMO. В таких системах множество выходов предназначены для множественных входов. Различные примеры таких систем могут включать системы типа PLC и т.д.

Системы с сосредоточенными параметрами

В этих типах систем управления активные и пассивные компоненты предполагаются сконцентрированными в одной точке, поэтому они называются системами с сосредоточенными параметрами. Анализ таких систем довольно прост и включает дифференциальные уравнения.

Системы с распределенными параметрами

В этих типах систем управления активные (например, индуктивности и конденсаторы) и пассивные параметры (резисторы) предполагаются распределенными равномерно по длине, поэтому они называются системами с распределенными параметрами. Анализ таких систем немного сложнее и включает частные дифференциальные уравнения.

Заявление: Уважайте оригинальные статьи, достойные распространения. Если есть на