Системы управления с обратной связью широко используются в современных автоматизированных системах. Система управления с обратной связью состоит из пяти основных компонентов: (1) вход, (2) управляемый процесс, (3) выход, (4) чувствительные элементы, (5) контроллер и исполнительные устройства. Эти пять компонентов показаны на рисунке 1. Для описания такого рода систем часто используется термин «управление с замкнутой обратной связью».
Входом системы является заданное значение или уставка для выхода системы. Оно представляет собой желаемое рабочее значение выхода. Если использовать предыдущий пример с системой отопления, то на входе задается желаемая температура в помещении. Управляемый процесс — это нагреватель (например, печь). В других системах с обратной связью процесс может представлять собой производственную операцию, ракетные двигатели космического корабля, автомобильный двигатель на круиз-контроле или любой из множества других процессов, к которым прикладывается энергия. Выход — это переменная процесса, которая измеряется и сравнивается с входом; в приведенном выше примере это комнатная температура.
Чувствительные элементы — это измерительные устройства, используемые в контуре обратной связи для контроля значения выходной переменной. В примере с системой отопления эта функция обычно выполняется с помощью биметаллической ленты. Это устройство состоит из двух металлических полос, соединенных по длине. Эти два металла имеют разные коэффициенты теплового расширения; таким образом, при повышении температуры полоска изгибается прямо пропорционально изменению температуры. Таким образом, биметаллическая полоска способна измерять температуру. Существует множество различных видов датчиков, используемых в системах управления с обратной связью для автоматизации.
Назначение контроллера и исполнительных устройств в системе обратной связи — сравнивать измеренное выходное значение с заданным входным значением и уменьшать разницу между ними. В целом, контроллер и исполнительное устройство системы — это механизмы, с помощью которых изменения в процессе влияют на выходную переменную. Эти механизмы обычно разрабатываются специально для системы и состоят из таких устройств, как двигатели, клапаны, соленоидные выключатели, поршневые цилиндры, шестерни, силовые винты, системы шкивов, цепные передачи и другие механические и электрические компоненты. Выключатель, соединенный с биметаллической полосой термостата, является контроллером и исполнительным устройством системы отопления. Когда температура на выходе (температура в помещении) ниже заданного значения, выключатель включает нагреватель. Когда температура превышает заданное значение, нагреватель отключается.
