Типи систем керування | Лінійні та нелінійні системи керування
Система керування — це система пристроїв, яка керує, наказує, направляє або регулює поведінку інших пристроїв для досягнення бажаного результату. Іншими словами, визначення системи керування можна спростити як систему, яка керує іншими системами для досягнення бажаного стану. Існує різні типи систем керування, які можна загально категоризувати як лінійні системи керування або нелінійні системи керування. Ці типи систем керування детально обговорюються нижче.
Лінійні системи керування
Для розуміння лінійної системи керування, спочатку потрібно зрозуміти принцип суперпозиції. Принцип теореми суперпозиції включає дві важливі властивості, які пояснюються нижче:
Однорідність: Система називається однорідною, якщо ми помножимо вхід на деяку константу A, тоді вихід також буде помножений на ту саму константу (тобто A).
Адитивність: Припустимо, що у нас є система S, і ми подаємо на вхід цієї системи a1 перший раз і отримуємо вихід b1 відповідно до входу a1. Другий раз ми подаємо вхід a2 і відповідно до цього отримуємо вихід b2.
Тепер припустимо, що цей раз ми подаємо вхід у вигляді суми попередніх входів (тобто a1 + a2) і відповідно до цього входу, припустимо, ми отримуємо вихід (b1 + b2), тоді ми можемо сказати, що система S має властивість адитивності. Тепер ми зможемо визначити лінійні системи керування як ті типи систем керування, які дотримуються принципу однорідності і адитивності.
Приклади лінійних систем керування
Розглянемо чисто опорну мережу з постійним DC-джерелом. Ця схема дотримується принципу однорідності і адитивності. Всі небажані ефекти знехтувані, і припускаючи ідеальну поведінку кожного елемента в мережі, ми кажемо, що отримаємо лінійні характеристики напруги і потоку. Це приклад лінійної системи керування.
Нелінійні системи керування
Ми можемо просто визначити нелінійну систему керування як систему керування, яка не дотримується принципу однорідності. У реальному житті всі системи керування є нелінійними системами (лінійні системи керування існують лише в теорії). Описова функція — це наближена процедура для аналізу певних задач нелінійного керування.
Приклади нелінійних систем
Відомий приклад нелінійної системи — це крива намагнічування або крива без навантаження DC-машина. Ми коротко обговоримо криву без навантаження DC-машин тут: Крива без навантаження показує зв'язок між магнітним потоком в повітряному зазорі та mmf обмотки поля. Зовсім очевидно з кривої, що на початку існує лінійний зв'язок між mmf обмотки та магнітним потоком, але після цього настає насичення, що демонструє нелінійну поведінку кривої або характеристик нелінійної системи керування.
Аналогова або неперервна система
У цих типах систем керування ми маємо неперервний сигнал як вхід до системи. Ці сигнали є неперервною функцією часу. Ми можемо мати різні джерела неперервного входового сигналу, такі як синусоїдальний тип сигналу, квадратний тип сигналу, сигнал може бути у формі неперервного трикутника тощо.
Цифрова або дискретна система
У цих типах систем керування, ми маємо дискретний сигнал (або сигнал може бути у формі імпульсу) як вхід до системи. Ці сигнали мають дискретний інтервал часу. Ми можемо перетворити різні джерела неперервного входового сигналу, такі як синусоїдальний тип сигналу, квадратний тип сигналу тощо, в дискретну форму за допомогою ключа.
Зараз є різні переваги дискретної або цифрової системи над аналоговою, і ці переваги наведені нижче:
Цифрові системи можуть ефективніше обробляти нелінійні системи керування, ніж аналогові системи.
Потреба в енергії у випадку дискретної або цифрової системи менша порівняно з аналоговими системами.
Цифрова система має вищу ступінь точності і може легко виконувати різні складні обчислення порівняно з аналоговими системами.
Надійність цифрової системи вища порівняно з аналоговою системою. Вони також мають компактний розмір.
Цифрова система працює на основі логічних операцій, що збільшує їх точність багаторазово.
Втрати у випадку дискретних систем менші порівняно з аналоговими системами в загальному.
Системи з одним вводом і одним виводом
Ці системи також відомі як SISO тип систем. У цьому випадку система має один вхід для одного виходу. Різні приклади таких систем можуть включати контроль температури, систему керування положенням тощо.
Системи з багатьма входами і багатьма виводами
Ці системи також відомі як MIMO тип систем. У цьому випадку система має багато виходів для багатьох входів. Різні приклади таких систем можуть включати системи типу PLC тощо.
Система з згрупованими параметрами
У цих типах систем керування, різні
