Rendszerváltozók és jelek
Az irányításhoz érzékelni, mérni kell a folyamat (rendszer) változásait. A folyamat változása külső és belső hatások következtében áll elő. A rendszer jellemzőit (változóit), amelyekben a változás megnyilvánul, valamint a külső és belső hatásokat jelek testesítik meg. A jel olyan fizikai (biológiai, gazdasági, stb.) mennyiség, vagy annak megváltozása, amelynek információtartalma van.
A jel információ szerzésére, továbbítására, tárolására alkalmas.
A jeleket mérőműszerekkel érzékelhetjük. A mérőműszerek a fizikai (kémiai, biológiai, stb.) változások hatását használják fel a mennyiség értékének megadásához. Például a hőmérséklet változása a hőmérő higanyszálának tágulását okozza, a higanyszál elmozdulása jellemzi, méri a hőmérsékletet. A hőelemben a hőmérséklettől függő feszültség keletkezik, amely a hőmérséklet mérőszámát adja meg.
A jeleknek van fizikai megjelenési formája (áram, feszültség, hőmérséklet, stb.) – ez a jelhordozó, és van információtartalma – amely a jel által képviselt hatást (pl. az áram időbeli változását) mutatja. Az információ új ismeretet szolgáltat.
A jeleket különböző szempontok szerint oszthatjuk fel.
Az időbeli lefolyás szerint a jel lehet
folyamatos, ha adott időtartományban megszakítás nélkül fennáll;
diszkrét idejű vagy mintavételezett,
ha csak meghatározott időközönként és időtartamban szolgáltat információt.
Értékkészlete szerint a jel lehet
folytonos, ha értékkészlete összefüggő tartomány;
szakaszos, ha csak meghatározott értékeket vehet fel.
Az információ megjelenési formája szerint a jel lehet
analóg, ha az információt a jelhordozó értéke közvetlenül képviseli;
digitális, ha az információ a jelhordozó digitálisan kódolt formájában, diszkrét értékeiben jelenik meg.
Az érték meghatározottsága szerint a jel lehet
determinisztikus, ha értéke egy meghatározott időfüggvénnyel egyértelműen megadható;
sztochasztikus, ha véletlen lefolyású és statisztikai módszerekkel írható le.
A folyamat jelei lehetnek bemenőjelek, kimenőjelek és belső változók. A bemenőjelek közül azokat, amelyekkel a folyamatot befolyásolni kívánjuk, beavatkozó jeleknek nevezzük. A többi bemenő változó a folyamat zavaró jele. Ha az adott jel a szabályozástól függetlenül létezik a rendszerben, jellemzőnek hívjuk.
Például egy motor esetén az irányítandó kimenőjel lehet a szögsebesség, a bemenőjel lehet a kapocsfeszültség, amely választható beavatkozó jellemzőnek, a zavaró jellemző a terhelőnyomaték, belső változók a motor árama, hőmérséklete.
Egy rendszerben mérnünk kell a jelek nagyságát, jellemeznünk kell időbeli lefolyásuk tulajdonságait. A mérés alapvetően fontos egy szabályozás megvalósításához.
Megadjuk a jel időbeli kezdeti és végértékét, maximális értékét. A maximális érték sokszor nem haladhat meg egy megengedett értéket, ezt ellenőrizni kell.
A jel nagyságát, időbeli lefolyását jellemezhetjük az időben lejátszódó jelhez rendelt skaláris értékkel, egy számmal, amely lehet például a jel maximális értéke vagy az egyes időpontokban mért értékekből képezhetünk egy jellemző számértéket. Ez a számérték lehet például az egyes mért értékek négyzetösszege.
Hivatkozások:
Schnell (1985)
Lampert (2009)