Základní principy.

Všechny moderní řídicí systémy mají až na několik málo a relativně nepodstatných výjimek dvě společné základní vlastnosti. Ty lze popsat následovně: (1) Hodnota řízené veličiny se mění pomocí motoru (toto slovo je použito v obecném smyslu), který čerpá energii z místního zdroje, nikoliv z příchozího signálu. Tak je k dispozici velké množství energie, aby bylo možné provádět potřebné změny řízené veličiny a zajistit, aby operace změny řízené veličiny nezatěžovaly a nezkreslovaly signály, na nichž závisí přesnost řízení. (2) Rychlost, s jakou je do motoru přiváděna energie k uskutečnění změn hodnoty regulované veličiny, je určena víceméně přímo určitou funkcí rozdílu mezi skutečnou a požadovanou hodnotou regulované veličiny. Tak například v případě termostatického topného systému je dodávka paliva do topeniště určena tím, zda je skutečná teplota vyšší nebo nižší než teplota požadovaná. Řídicí systém, který má tyto základní vlastnosti, se nazývá uzavřený řídicí systém nebo servomechanismus (viz obrázek). Řídicí systémy s otevřenou smyčkou jsou posuvné systémy.

Stabilita řídicího systému je do značné míry určena jeho odezvou na náhle aplikovaný signál neboli přechodový děj. Pokud takový signál způsobí, že se systém přeběhne, může dojít k jevu zvanému lovení, kdy se systém nejprve přeběhne v jednom směru a poté se přeběhne v opačném směru. Protože lovení je nežádoucí, obvykle se přijímají opatření k jeho nápravě. Nejběžnějším nápravným opatřením je přidání tlumení někde v systému. Tlumení zpomaluje odezvu systému a zabraňuje nadměrným překmitům nebo nadměrným korekcím. Tlumení může mít podobu elektrického odporu v elektronickém obvodu, použití brzdy v mechanickém obvodu nebo protlačení oleje malým otvorem, jako je tomu u tlumení tlumičů nárazů.

Další metodou zjištění stability řídicího systému je stanovení jeho frekvenční odezvy, tj. jeho odezvy na spojitě se měnící vstupní signál při různých frekvencích. Výstup řídicího systému se pak porovnává se vstupním signálem s ohledem na amplitudu a fázi, tj. stupeň, s jakým se vstupní a výstupní signál rozcházejí. Frekvenční odezvu lze určit buď experimentálně – zejména u elektrických systémů – nebo vypočítat matematicky, pokud jsou známy konstanty systému. Matematické výpočty jsou užitečné zejména u systémů, které lze popsat obyčejnými lineárními diferenciálními rovnicemi. Při studiu odezvy systému výrazně pomáhají také grafické zkratky.

Do návrhu pokročilých řídicích systémů vstupuje několik dalších technik. Adaptivní řízení je schopnost systému upravovat svou vlastní činnost tak, aby dosáhl nejlepšího možného provozního režimu. Z obecné definice adaptivního řízení vyplývá, že adaptivní systém musí být schopen plnit následující funkce: průběžně poskytovat informace o současném stavu systému nebo identifikovat proces; porovnávat současný výkon systému s požadovaným nebo optimálním výkonem a rozhodnout o změně systému tak, aby bylo dosaženo definovaného optimálního výkonu; a iniciovat vhodnou modifikaci, která povede řídicí systém k dosažení optima. Tyto tři principy – identifikace, rozhodnutí a modifikace – jsou vlastní každému adaptivnímu systému.

Dynamicko-optimalizační řízení vyžaduje, aby řídicí systém pracoval tak, aby bylo splněno určité kritérium výkonnosti. Toto kritérium je obvykle formulováno tak, že řízený systém musí přejít z původní do nové polohy v minimálním možném čase nebo při minimálních celkových nákladech.

Učící se řízení předpokládá, že řídicí systém obsahuje dostatečné výpočetní schopnosti, aby mohl vytvořit reprezentaci matematického modelu řízeného systému a mohl modifikovat svou vlastní činnost s využitím těchto nově vytvořených znalostí. Učící se řídicí systém je tedy dalším vývojem adaptivního regulátoru.

Multivariabilní neinteragující řízení zahrnuje velké systémy, v nichž velikost vnitřních proměnných závisí na hodnotách ostatních souvisejících proměnných procesu. Proto nestačí jednosmyčkové techniky klasické teorie řízení. K vývoji vhodných řídicích systémů pro takové procesy je třeba použít sofistikovanější techniky.