Az alapelvek.

A modern irányítási rendszerek kevés és viszonylag jelentéktelen kivételtől eltekintve két alapvető közös jellemzővel rendelkeznek. Ezek a következőképpen írhatók le: (1) A szabályozott mennyiség értékét egy motor változtatja (ezt a szót általános értelemben használjuk), amely a teljesítményét nem egy bejövő jelből, hanem egy helyi forrásból nyeri. Így nagy mennyiségű teljesítmény áll rendelkezésre a szabályozott mennyiség szükséges változtatásainak elvégzéséhez, és annak biztosításához, hogy a szabályozott mennyiség változtatásának műveletei ne terheljék és ne torzítsák azokat a jeleket, amelyektől a szabályozás pontossága függ. (2) Azt a sebességet, amellyel az energiát a motorba táplálják a szabályozott mennyiség értékének változtatásához, többé-kevésbé közvetlenül a szabályozott mennyiség tényleges és kívánt értékei közötti különbség valamilyen függvénye határozza meg. Így például egy termosztatikus fűtési rendszer esetében a tüzelőanyag-ellátást a kemencébe az határozza meg, hogy a tényleges hőmérséklet magasabb vagy alacsonyabb-e, mint a kívánt hőmérséklet. Az ilyen alapvető jellemzőkkel rendelkező szabályozórendszert zárt hurkú szabályozórendszernek vagy szervomechanizmusnak nevezzük (lásd az ábrát). A nyílt hurkú szabályozórendszerek előrecsatolt rendszerek.

A szabályozórendszer stabilitását nagymértékben meghatározza a hirtelen alkalmazott jelre adott válasza, a tranziens. Ha egy ilyen jel hatására a rendszer túlkorrigálódik, előfordulhat a vadászatnak nevezett jelenség, amikor a rendszer először az egyik irányban, majd az ellenkező irányban is túlkorrigálódik. Mivel a vadászat nem kívánatos, általában intézkedéseket hoznak a korrekciójára. A leggyakoribb korrekciós intézkedés a csillapítás hozzáadása valahol a rendszerben. A csillapítás lelassítja a rendszer reakcióját, és megakadályozza a túlzott túllövéseket vagy túlkorrekciókat. A csillapítás történhet elektromos ellenállás formájában egy elektronikus áramkörben, fék alkalmazásával egy mechanikus áramkörben, vagy egy kis nyíláson keresztül olajjal, mint a lengéscsillapításnál.

Egy másik módszer a szabályozórendszer stabilitásának megállapítására a frekvenciaválasz meghatározása, azaz a különböző frekvenciákon folyamatosan változó bemenő jelre adott válasz. A szabályozórendszer kimenetét ezután összehasonlítjuk a bemenettel az amplitúdó és a fázis tekintetében – azaz, hogy a bemeneti és a kimeneti jelek milyen mértékben térnek el egymástól. A frekvenciaválasz vagy kísérletileg meghatározható – különösen elektromos rendszerek esetében -, vagy matematikai úton kiszámítható, ha a rendszer állandói ismertek. A matematikai számítások különösen hasznosak olyan rendszerek esetében, amelyek közönséges lineáris differenciálegyenletekkel írhatók le. A grafikus rövidítések is nagy segítséget nyújtanak a rendszer válaszainak tanulmányozásában.

A fejlett szabályozórendszerek tervezésénél számos más technika is szerepet kap. Az adaptív szabályozás a rendszer azon képessége, hogy a lehető legjobb üzemmód elérése érdekében módosítja saját működését. Az adaptív szabályozás általános definíciója azt jelenti, hogy az adaptív rendszernek képesnek kell lennie a következő funkciók ellátására: folyamatos információszolgáltatás a rendszer jelenlegi állapotáról vagy a folyamat azonosítása; a rendszer jelenlegi teljesítményének összehasonlítása a kívánt vagy optimális teljesítménnyel, és döntés a rendszer megváltoztatásáról a meghatározott optimális teljesítmény elérése érdekében; és a megfelelő módosítás kezdeményezése a szabályozórendszer optimumra való vezetése érdekében. Ez a három elv – azonosítás, döntés és módosítás – minden adaptív rendszer velejárója.

A dinamikus-optimalizáló szabályozás megköveteli, hogy a szabályozórendszer úgy működjön, hogy egy meghatározott teljesítménykritérium teljesüljön. Ezt a kritériumot általában úgy fogalmazzák meg, hogy az irányított rendszernek a lehető legkevesebb idő alatt vagy minimális összköltséggel kell az eredeti helyzetből egy új helyzetbe jutnia.

A tanuló irányítás azt jelenti, hogy az irányítórendszer elegendő számítási képességgel rendelkezik ahhoz, hogy képes legyen reprezentációkat kialakítani az irányított rendszer matematikai modelljéről, és képes legyen saját működését úgy módosítani, hogy kihasználja ezt az újonnan kialakított tudást. A tanuló szabályozórendszer tehát az adaptív szabályozó továbbfejlesztése.

A többváltozós, egymással nem kölcsönható szabályozás olyan nagy rendszereket érint, amelyekben a belső változók nagysága a folyamat más kapcsolódó változóinak értékeitől függ. Így a klasszikus szabályozáselmélet egyhurkos technikái nem elegendőek. Kifinomultabb technikákat kell alkalmazni az ilyen folyamatok megfelelő szabályozási rendszereinek kifejlesztéséhez.