Различают два основных типа систем автоматического управления: разомкнутые и замкнутые.
Разомкнутые системы автоматического управления (САУ).
В этих системах управляющее воздействие формируется на основе информации о задающем и возмущающем воздействиях на объект. Контроль за состоянием объекта, т. е. информация о текущей величине X, в этих системах отсутствует.
В разомкнутых САУ с управлением по задающему воздействию изменение состояния объекта X осуществляется жестко, воздействием управляющего устройства на управляемые параметры в зависимости от требуемых значений Х3. В этих системах Х3 устанавливается до начала процесса управления устройством, называемым задающим или программным устройством ЗУ.
Разомкнутые системы программного управления широко применяются при автоматическом управлении электроприводом, особенно для автоматизации пуска и торможения электродвигателя. В таких системах электродвигатель является объектом управления, частота вращения двигателя — управляемым параметром, а устройство, изменяющее частоту вращения двигателя, — управляющим устройством.
Управление пуском и торможением электродвигателей может осуществляться по времени, скорости, току, пройденному пути, когда двигатель пускается и тормозится при достижении рабочим органом определенного положения. Отключение электродвигателя при управлении им в функции пути в предельном (крайнем) положении механизма осуществляется выключением размыкающих контактов конечных выключателей в цепи питания катушек пускателей электродвигателя. В этом случае пуск двигателя возможен только в другом направлении, а в исходное положение схема будет приведена только после выведения механизма из предельного положения.
Разомкнутые системы автоматического управления, работающие по задающему воздействию, самые простые из всех САУ, так как в них не учитывается влияние помех и отсутствует контроль за состоянием объекта. Более совершенными являются системы управления по возмущению (системы автоматической компенсации, в электрических машинах — системы компаундирования). В этих системах управление осуществляется в зависимости от возмущения, действующего на объект. Возмущающее воздействие ζ измеряется датчиками и передается на вычислительное устройство, которое формирует компенсирующее управляющее воздействие. Управление этого типа часто находит применение в системах, обеспечивающих поддержание постоянства выходной величины X объекта.
Примером такого типа управления является стабилизация частоты вращения в электродвигателях постоянного тока со смешанным возбуждением. В этом случае основным возмущающим воздействием является нагрузка на валу двигателя, создающая момент сопротивления. Колебания нагрузки вызывают рассогласование между моментом сопротивления и вращающим моментом двигателя. Это является причиной нарушения стабилизации частоты вращения электродвигателя, которая в данном случае является управляемой величиной.
Принцип компенсации возмущающего воздействия позволяет улучшить управление в разомкнутых САУ. Однако его качество остается все же невысоким: во-первых, вследствие невозможности охватить компенсацией все возмущения, действующие на систему, во-вторых, из-за изменения во времени параметров управления.
Замкнутые системы автоматического управления.
Системы автоматического управления, у которых текущее состояние объекта в процессе управления передается в управляющее устройство и участвует в формировании управляющего воздействия, называются замкнутыми. Характерной чертой замкнутых САУ является наличие обратной связи, которая образует замкнутый контур системы.
В процессе управления в этих системах на вход вычислительного устройства поступает задающее воздействие Х3 и информация о текущем состоянии объекта X. Вычислительное устройство перерабатывает эту информацию и формирует команду на работу исполнительного устройства, которое, воздействуя на объект, переводит его в требуемое состояние. Контроль правильности формирования и отработки команды осуществляется по каналу обратной связи. Таким образом, в САУ с замкнутым контуром управления управляющее устройство все время стремится ликвидировать отклонение X от требуемого значения Хз. Это происходит независимо от причин, вызывающих отклонение, включая внутренние и внешние помехи. Замкнутые системы автоматического управления могут обеспечить большую точность управления. Этим объясняется широкая область их применения.
Простейшая и наиболее распространенная частная задача управления — поддержание заданных законов изменения во времени параметров объекта (регулирование). Все системы автоматического управления путевыми машинами являются системами автоматического регулирования. Их задачей является поддержание выходной величины X объекта на заданном уровне, т. е. обеспечение равенства Х=Х3.
В зависимости от характера задающего воздействия системы автоматического регулирования делятся на три вида: системы стабилизации, системы программного регулирования и следящие системы. В системах стабилизации задающее воздействие постоянно. В системах программного регулирования оно изменяется по заранее заданному закону (программе). В следящих системах оно тоже изменяется, но закон его изменения заранее неизвестен. В этом случае задающее воздействие поступает извне и задачей системы является обеспечение слежения выходной величины объекта за изменяющейся заданной величиной так, чтобы все время поддерживалось равенство Х=Х3.
Примером системы стабилизации является система автоматического поддержания правой и левой рельсовой нити железнодорожного пути в требуемом положении по уровню. Примером системы программного регулирования является система, обеспечивающая автоматический отвод возвышения наружного рельса в переходной кривой и автомат вписывания в переходные кривые. Примером следящей системы являются рихтовочные устройства и системы выправки пути в плане и продольном профиле.
Управляющее устройство в системах автоматического регулирования называется регулятором, выходная величина объекта — регулируемой величиной, входная величина объекта — регулирующим воздействием, устройство задания программы — задатчиком.
Более сложными системами автоматического управления являются самонастраивающиеся (кибернетические) системы. Они предназначены для работы в условиях отсутствия достаточно полной полезной информации, и сами ее вырабатывают в процессе своего функционирования. Эти системы обладают средствами (контуры самонастройки и самообучения) для получения необходимой рабочей информации в процессе функционирования системы и использования этой информации для придания системе желаемого состояния при произвольно меняющихся внутренних и внешних воздействиях.
В общем случае задачи автоматического управления гораздо шире. Принципы построения систем автоматического управления изучаются теорией автоматического управления.