Grundläggande principer.

Med få och relativt oviktiga undantag har alla moderna styrsystem två grundläggande egenskaper gemensamt. Dessa kan beskrivas på följande sätt: (1) Värdet av den reglerade storheten varieras av en motor (detta ord används i en generaliserad betydelse), som hämtar sin kraft från en lokal källa snarare än från en inkommande signal. På så sätt finns det en stor mängd kraft tillgänglig för att åstadkomma nödvändiga variationer av den kontrollerade kvantiteten och för att se till att de åtgärder som vidtas för att variera den kontrollerade kvantiteten inte belastar och förvränger de signaler som styrningens noggrannhet beror på. (2) Den hastighet med vilken energi tillförs motorn för att åstadkomma variationer i värdet av den reglerade kvantiteten bestäms mer eller mindre direkt av någon funktion av skillnaden mellan den reglerade kvantitetens faktiska och önskade värde. Således bestäms t.ex. i ett termostatiskt värmesystem bränsletillförseln till ugnen av om den faktiska temperaturen är högre eller lägre än den önskade temperaturen. Ett styrsystem som har dessa grundläggande egenskaper kallas ett styrsystem med sluten krets eller en servomekanism (se figur). Styrsystem med öppen loop är feedforward-system.

Stabiliteten hos ett styrsystem bestäms i stor utsträckning av dess svar på en plötsligt påförd signal, eller transient. Om en sådan signal får systemet att överkorrigera sig självt kan ett fenomen som kallas jakt uppstå, där systemet först överkorrigerar sig självt i en riktning och sedan överkorrigerar sig självt i motsatt riktning. Eftersom jakt är oönskat vidtas vanligtvis åtgärder för att korrigera det. Den vanligaste korrigerande åtgärden är att lägga till dämpning någonstans i systemet. Dämpningen bromsar upp systemets respons och undviker överdrivna översvängningar eller överkorrigeringar. Dämpningen kan vara i form av elektriskt motstånd i en elektronisk krets, bromsning i en mekanisk krets eller att olja tvingas genom en liten öppning som i stötdämpare.

En annan metod för att fastställa stabiliteten hos ett styrsystem är att bestämma dess frekvensrespons, dvs. dess respons på en kontinuerligt varierande ingångssignal vid olika frekvenser. Styrsystemets utgång jämförs sedan med ingångssignalen med avseende på amplitud och fas, dvs. i vilken grad ingångs- och utgångssignalerna är ojämna. Frekvensresponsen kan antingen bestämmas experimentellt – särskilt i elektriska system – eller beräknas matematiskt om systemets konstanter är kända. Matematiska beräkningar är särskilt användbara för system som kan beskrivas med vanliga linjära differentialekvationer. Grafiska genvägar är också till stor hjälp vid studiet av systemresponser.

Flera andra tekniker ingår i utformningen av avancerade styrsystem. Adaptiv styrning är systemets förmåga att ändra sin egen funktion för att uppnå bästa möjliga funktionssätt. En allmän definition av adaptiv styrning innebär att ett adaptivt system måste kunna utföra följande funktioner: tillhandahålla kontinuerlig information om systemets nuvarande tillstånd eller identifiera processen, jämföra systemets nuvarande prestanda med den önskade eller optimala prestandan och fatta ett beslut om att ändra systemet för att uppnå den definierade optimala prestandan, samt initiera en lämplig modifiering för att driva styrsystemet till det optimala. Dessa tre principer – identifiering, beslut och modifiering – är inneboende i alla adaptiva system.

Dynamisk optimerande styrning kräver att styrsystemet fungerar på ett sådant sätt att ett specifikt prestandakriterium uppfylls. Detta kriterium är vanligen formulerat så att det kontrollerade systemet måste förflytta sig från den ursprungliga till en ny position på minsta möjliga tid eller till minsta möjliga totalkostnad.

Lärande styrning innebär att styrsystemet har tillräcklig beräkningskapacitet så att det kan utveckla representationer av den matematiska modellen för det system som styrs och kan modifiera sin egen drift för att dra nytta av denna nyutvecklade kunskap. Det lärande styrsystemet är således en vidareutveckling av den adaptiva regulatorn.

Multivariabel-icke-interagerande styrning omfattar stora system där storleken på interna variabler är beroende av värdena på andra relaterade variabler i processen. Därför räcker inte den klassiska regleringsteorins enkelkrets-tekniker till. Mer sofistikerade tekniker måste användas för att utveckla lämpliga styrsystem för sådana processer.