Perusperiaatteet.

Vähäisiä ja suhteellisen merkityksettömiä poikkeuksia lukuun ottamatta kaikilla nykyaikaisilla ohjausjärjestelmillä on kaksi yhteistä perusominaisuutta. Nämä voidaan kuvata seuraavasti: (1) Ohjattavan suureen arvoa muutetaan moottorilla (tätä sanaa käytetään yleisessä merkityksessä), joka ottaa tehonsa paikallisesta lähteestä eikä saapuvasta signaalista. Siten käytettävissä on suuri määrä tehoa, jolla saadaan aikaan tarvittavat säädettävän suureen vaihtelut ja varmistetaan, että säädettävän suureen vaihtelutoiminnot eivät kuormita ja vääristä niitä signaaleja, joista säädön tarkkuus riippuu. (2) Nopeus, jolla energiaa syötetään moottoriin säädettävän suureen arvon muutosten aikaansaamiseksi, määräytyy enemmän tai vähemmän suoraan jonkin funktiona säädettävän suureen todellisen ja halutun arvon välisestä erosta. Näin esimerkiksi termostaattilämmitysjärjestelmässä polttoaineen syöttö uuniin määräytyy sen mukaan, onko todellinen lämpötila korkeampi vai matalampi kuin haluttu lämpötila. Ohjausjärjestelmää, jolla on nämä perusominaisuudet, kutsutaan suljetuksi ohjausjärjestelmäksi tai servomekanismiksi (ks. kuva). Avoimen silmukan säätöjärjestelmät ovat feedforward-järjestelmiä.

Säätöjärjestelmän stabiilisuus määräytyy paljolti sen reagoinnin perusteella äkillisesti syötettyyn signaaliin eli transienttiin. Jos tällainen signaali saa järjestelmän ylikorjautumaan, voi esiintyä ilmiö nimeltä hunting, jossa järjestelmä ensin ylikorjautuu yhteen suuntaan ja sitten ylikorjautuu vastakkaiseen suuntaan. Koska metsästys on epätoivottavaa, sen korjaamiseksi ryhdytään yleensä toimenpiteisiin. Yleisin korjaustoimenpide on vaimennuksen lisääminen jonnekin järjestelmään. Vaimennus hidastaa järjestelmän vastetta ja estää liialliset yliaallot tai ylikorjaukset. Vaimennus voi olla sähköinen vastus elektronisessa piirissä, jarrutus mekaanisessa piirissä tai öljyn pakottaminen pienen aukon läpi, kuten iskunvaimentimen vaimennuksessa.

Toinen menetelmä säätöjärjestelmän stabiilisuuden selvittämiseksi on määrittää sen taajuusvaste eli sen vaste jatkuvasti vaihtelevalle tulosignaalille eri taajuuksilla. Ohjausjärjestelmän ulostuloa verrataan sitten tuloon amplitudin ja vaiheen suhteen, eli sen suhteen, missä määrin tulo- ja lähtösignaalit eivät ole samassa tahdissa. Taajuusvaste voidaan joko määrittää kokeellisesti – erityisesti sähköisissä järjestelmissä – tai laskea matemaattisesti, jos järjestelmän vakiot tunnetaan. Matemaattiset laskelmat ovat erityisen hyödyllisiä järjestelmille, jotka voidaan kuvata tavallisilla lineaarisilla differentiaaliyhtälöillä. Myös graafiset pikakuvakkeet auttavat suuresti järjestelmän vasteiden tutkimisessa.

Kehittyneiden säätöjärjestelmien suunnittelussa käytetään useita muita tekniikoita. Adaptiivisella ohjauksella tarkoitetaan järjestelmän kykyä muuttaa omaa toimintaansa parhaan mahdollisen toimintatavan saavuttamiseksi. Adaptiivisen ohjauksen yleinen määritelmä merkitsee, että adaptiivisen järjestelmän on kyettävä suorittamaan seuraavat toiminnot: antamaan jatkuvaa tietoa järjestelmän nykytilasta tai tunnistamaan prosessi; vertaamaan järjestelmän nykyistä suorituskykyä haluttuun tai optimaaliseen suorituskykyyn ja tekemään päätös järjestelmän muuttamisesta määritellyn optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi; ja käynnistämään asianmukainen muutos ohjausjärjestelmän ohjaamiseksi optimaaliseen suorituskykyyn. Nämä kolme periaatetta – tunnistaminen, päätöksenteko ja muuttaminen – ovat luontaisia kaikissa mukautuvissa järjestelmissä.

Dynaaminen optimoiva ohjaus edellyttää, että ohjausjärjestelmä toimii siten, että tietty suorituskykyperuste täyttyy. Tämä kriteeri muotoillaan yleensä siten, että ohjattavan järjestelmän on siirryttävä alkuperäisestä asemasta uuteen asemaan mahdollisimman lyhyessä ajassa tai mahdollisimman pienillä kokonaiskustannuksilla.

Oppiva ohjaus edellyttää, että ohjausjärjestelmässä on riittävästi laskentakykyä, jotta se pystyy kehittämään esityksiä ohjattavan järjestelmän matemaattisesta mallista ja muokkaamaan omaa toimintaansa niin, että se pystyy hyödyntämään tätä uutta tietoa. Siten oppiva ohjausjärjestelmä on adaptiivisen säätimen jatkokehitys.

Monimuuttujainen-vuorovaikutukseton ohjaus koskee suuria järjestelmiä, joissa sisäisten muuttujien suuruus on riippuvainen prosessiin liittyvien muiden muuttujien arvoista. Näin ollen klassisen säätöteorian yksisilmukkatekniikat eivät riitä. Tällaisiin prosesseihin sopivien ohjausjärjestelmien kehittämiseksi on käytettävä kehittyneempiä tekniikoita.