1.2.1 Разомкнутое управление
Наиболее простым является разомкнутое управление. Структурная схема такого управления приведена на рис. 1.1, где УУ - устройство управления, ОУ - объект управления, х - входной сигнал, который может и отсутствовать, т.е. х=0 /4,5/.
Рис.1.1 Структурная схема разомкнутого управления
При разомкнутом управлении воздействие u c выхода УУ не зависит от сигнала y на выходе объекта управления и от случайного внешнего возмущения z. Это приводит к снижению качества управления.
1.2.2 Разомкнутое управление с компенсацией возмущения
Указанный выше недостаток частично устраняется при разомкнутом управлении с компенсацией возмущения. Структурная схема такого управления приведена на рис.1.2.
Рис. 1.2. Структурная схема разомкнутого управления
с компенсацией возмущения
В этой схеме дополнительно введены сумматор и датчик Д, преобразующий возмущение z в сигнал u2. В результате воздействующий на ОУ сигнал u=u1+u2 зависит от возмущения z и при определенных условиях может скомпенсировать его воздействие на ОУ.
1.2.3 Замкнутое управление
Качественного управления можно достичь и без измерения возмущения z. Для этого используется обратная связь, по которой сигнал у с выхода ОУ поступает на УУ и вносит коррективы в сигнал управления u.
Структурная схема управления с обратной связью приведена на рис.1.3. Такое управление называется замкнутым.
Рис. 1.3 Структурная схема управления с обратной связью
1.2.4 Замкнутое управление с компенсацией возмущения
Более высокое качество управления достигается при замкнутом управлении с компенсацией возмущения. Структурная схема такого управления приведена на рис. 1.4.
Рис. 1.4 Структурная схема замкнутого управления
с компенсацией возмущения
Эта схема является суперпозицией схем на рис.1.2 и 1.3.
1.2.5 Стабилизация
Стабилизация - это такое управление, при котором обеспечивается постоянство сигнала у на выходе ОУ при изменении условий его работы и наличии случайных возмущений z. Входной сигнал х в этом случае является эталоном, т.е. х=соnst.
1.2.6 Программное управление
При программном управлении обеспечивается заданное во времени или в пространстве изменение сигнала у на выходе ОУ. Программное управление реализуется по схемам, приведенным на рис.1.1, 1.2, 1.3, 1.4.
Требуемый закон изменения сигнала у хранится в запоминающем устройстве.
1.2.7 Следящее управление
При следящем управлении закон изменения сигнала х заранее неизвестен. В следящих системах сигнал у должен с определенной степенью точности отслеживать случайные изменения входного сигнала х. Примером следящей системы является система автоматического наведения зеркала антенны радиостанции на летящий самолет или искусственный спутник Земли. Следящее управление реализуется по схемам на рис. 1.3 и 1.4.
1.2.8. Экстремальное управление
Управление с поиском экстремума или экстремальное управление применяется тогда, когда необходимо поддерживать максимальное или минимальное значение выходного сигнала у при изменении входного сигнала х и случайного воздействия z. Структурная схема экстремального управления объектом приведена на рис.1.5, где УПЭ - устройство поиска экстремума.
Рис. 1.5. Структурная схема экстремального управления
На рис.1.6 приведены графики зависимостей y = f(u) при х=const для ОУ экстремальных систем с поиском максимума (а) и минимума (б).
Рис. 1.6 Графики зависимостей y=f(u) для ОУ экстремальных систем
с поиском максимума (а) и минимума (б)
В точке максимума функции y=f(u) выполняются условия: 
а в точке минимума: 
Основной проблемой поиска экстремума является неопределенность направления изменения управляющего сигнала u в начальный момент поиска. Действительно, по одному значению сигналов u1 и у1 нельзя определить направление изменения сигнала u. Для этого надо сделать небольшое приращение сигнала u в любую сторону от первоначального значения u1 и определить знак производной 
Знак производной определяется в УПЭ. Если в системе с поиском максимума (рис. 1.6.а) величина 
, то направление изменения сигнала u выбрано верно. В противном случае при 
направление изменения сигнала u надо поменять на противоположное.
В системе с поиском минимума (рис. 1.6.б) все наоборот: при 
направление изменения сигнала u правильное, а при ошибочное, т.е. система удаляется от минимума сигнала умин на выходе ОУ.
Примером экстремальной системы является автоматически настраивающийся на частоты телевизионных станций телевизор. Здесь входными являются сигналы на разных частотах от различных ТВ-передатчиков, сигнал управления изменяет параметры резонансных контуров ТВ-приемника, а выходным является сигнал видеоизображения.
1.2.9 Оптимальное управление
Оптимальным называется такое управление, при котором в определенном смысле достигается наилучший результат. Но прежде чем реализовать оптимальное управление, необходимо сделать следующее:
1. Сформулировать критерий оптимального управления.
2. Выразить этот критерий математически.
3. Найти решение оптимального управления в виде алгоритмов и программ.
Желательно, чтобы каждое управление было оптимальным. Однако оптимальное управление не всегда реализуемо, т.к. либо не удается найти строгого решения для оптимального управления, либо техническое исполнение устройства управления оказывается чрезвычайно сложным или физически нереализуемым.
Вот некоторые примеры формулировки различных критериев оптимального управления.
1. Необходимо так изменять скорость движения автомобиля, движущегося по прямой от пункта А до пункта Б, чтобы время в пути было минимальным.
2. Необходимо так изменять скорость движения автомобиля от пункта А до пункта Б, чтобы расход горючего был минимальным.
3. Необходимо так изменять скорость движения автомобиля от пункта А до пункта Б, чтобы время в пути t было в заданных пределах t1 < t < t2 , и расход горючего был минимальным.
4. Необходимо так изменять скорость движения автомобиля, чтобы при запасе горючего в Q литров уехать от пункта А на максимальное расстояние.
Сформулировать критерий оптимального управления нетрудно. Сложнее выразить его математически в виде так называемой целевой функции, которая при оптимальном управлении должна быть либо максимальной, либо минимальной.
Попробуем выразить математически целевую функцию для первого критерия, самого простого с математической точки зрения.
Для этого вначале введем некоторые допущения и ограничения: мощность двигателя автомобиля позволяет развивать максимальную скорость vмакс, а при разгоне и торможении движение автомобиля будем считать равноускоренным.
Тогда изменение скорости движения автомобиля во времени v(t) при движении его по прямой от пункта А до пункта Б будет происходить по графику, приведенному на рис. 1.7.
Рис. 1.7. График зависимости скорости движения автомобиля
где t1 - время разгона до скорости vмакс,
t2 - время движения со скоростью vмакс,
t3 - время торможения
Расстояние, пройденное автомобилем, определяется по формуле:
s = 
,
откуда получим:
0,5 t1 + t2 + 0,5 t3 = 
= T0, (1.1)
где Т= t1+t2+t3 - время в пути.
Из физики равноускоренного движения имеем следующие ограничения:
где ау, аТ - ускорения автомобиля при разгоне и торможении.
Математическая запись целевой функции для первого критерия будет иметь следующий вид:
Т= t1 + t2 + t3 = min (1.5)
Это выражение совместно с ограничениями (1.1) - (1.4) является математической записью первого критерия оптимального управления движением автомобиля. Это типичная задача линейного программирования (ЗЛП), которая решается симплекс-методом. При двух неизвестных она может быть решена графическим методом /3/. Так как обычно t3 << t1, то примем t3 = 0.
Тогда ЗЛП становится двумерной и целевая функция примет вид:
Т= t1 + t2 = min (1.6)
при ограничениях:
(1.7)
На рис. 1.8 приведена допустимая область времен t1 и t2 , ограниченная выражениями (1.7), и целевая функция Т= t1 + t2 = const.
Рис.1.8 Область допустимых значений времен t1 и t2 и целевая функция
Перемещая прямую Т=t1+t2=1,5T0 параллельно самой себе в сторону уменьшения Т, найдем минимальное время в пути:
.
Из этого выражения следует, что время в пути Тмин тем меньше, чем больше ускорение при разгоне ау при фиксированном расстоянии S и максимальной скорости движения vмакс. Мы получили очевидный алгоритм оптимального управления автомобилем по критерию 1 - надо как можно быстрее разогнаться до скорости vмакс и ехать с этой скоростью до конца пути.
Критерии 2, 3 и 4 имеют более сложную целевую функцию и требуют решения достаточно сложных математических задач.
Подробно оптимальное управление изучается в курсе “Теория оптимального управления”.
1.2.10 Адаптивное управление
Адаптивным называется такое управление, алгоритм и программа работы которого изменяются в зависимости от изменения внешних условий. Системы, в которых реализуется адаптивное управление, называются адаптивными. Они подразделяются на два вида - самонастраивающиеся и самоорганизующиеся. В самонастраивающихся системах при изменении внешних условий изменяются только алгоритмы и программы управления, а в самоорганизующихся системах при изменении внешних условий изменяются как алгоритмы и программы управления, так и структурная схема управления. Такие системы относятся к классу сложных систем.