Automaatjuhtimine on automaatika haru, mis käsitleb masinate, seadmete,tootmisprotsesside jm. inimese vahetu osavõtuta juhtimise meetodeid ja tehnilisi vahendeid.

Juhtimissüsteem koosneb juhtimisobjektist ning selle juhtimiseks rakendatud juhtseadmest.

Juhtimisobjekt koosneb omakorda primaarsüsteemist ja selle kontrolliks ettenähtud mõõteseadmest. Primaarsüsteemiks on juhitav protsess või tehniline seade.Automaatjuhtimissüsteemid jagunevad kaheks - avatud kontuuriga süsteemid ning suletud kontuuriga süsteemid.

Avatud kontuuriga süsteemides juhitakse protsessi eelnevalt määratud matemaatilise mudeli järgi, kontrollimata, kas juhitava protsessi tulemused vastavad soovitutele. Selline juhtimine sobib lihtsamatele süsteemidele, sest protsessi tulemustele avaldavad ka soovimatud mõjurid ehk häiringud mõju.

Suletud kontuuriga süsteemides juhitakse protsessi juba kontrollides, tulemuse vastavust etteantud kriteeriumitele ehk süsteemis toimub tagasiside tulemuste kohta. Protsessi juhitakse vea järgi ehk sõltuvalt erinevusest protsessi tegeliku ja soovitud tulemuse vahel.

Joonis nr.8 Automaatjuhtimissüsteem a)avatud kontuuriga b)suletud kontuuriga

Juhitavat protsessi või seadet nimetatakse üldiselt juhtimisobjektiks ja selle tulemust väljundiks y. Seade, mis moodustab juhttoime u nimetatakse kas juhtseadmeks või ka regulaatoriks. Süsteemile avaldavad mõju sisendid, mis pärinevad väljast poolt süsteemi. Nendeks sisenditeks on seadesuurus s, mis määratleb mida süsteemilt soovitakse ning häiringud n, mis segavad süsteemi talitlust.

Juhttoime on muutuja mille kaudu protsessi väärtust mõjutatakse soovitud viisil. Ta on protsessi sisendmuutuja. Õige juhttoime määramine on suletud ahelaga juhtimissüsteemis väga tähtis. Juhttoime genereerib kontroller.

Veasignaal on seadesuuruse ja protsessi muutuja väärtuse vahe.

Seadesuurus on määratud väärtus mille protsessi muutuja x peab saavutama. Seda parameetrit ei mõjuta kontrolleri juhtimistoime, see antakse ette juhtimisahelast väljastpoolt.

Protsessi muutuja (väljund signaal) protsessi muutujat püütakse hoida etteantud väärtusel või muuta seda mingi seaduspärasuse alusel. Tema väärtust mõõdetakse ja tulemus edastatakse kontrollerile.

Häiring on protsessile avalduv väline mõju, millega kaasneb protsessi muutuja soovimatu ja ettearvamatu muutumine. Häiringute tõttu on vaja reguleerimiseks kasutada suletud ahelaga juhtimissüsteemi. Häiringuteks võivad olla protsessimüra ja mõõtemüra (vt. joonis nr.9 Tähtsamad häiringute allikad ja toimimise kohad).

Protsessimüra tekib füüsikalistest nähtustest, mis mõjuvad protsessile, muutes selle käitumist. Üldjuhul on see juhuslik suurus, mida etteaimata ei saa.

Mõõtemüra tekib aga mõõteaparatuuri ehk sensorite mõõteveast. Mõõtemüra saab eelnevalt arvesse võtta ja vastavalt sellele süsteemi mõjutada ehk juhtida juba nii, et juhttoimes kompenseeritakse tekkiv viga. Sellist juhtimist nimetatakse häiringute kompenseerimiseks.

Joonis nr.9 Tähtsamad häiringute allikad ja toimimise kohad (L.Einer "Automaatregulaatorid")

Dünaamilist süsteemi iseloomustavad tema sisendid ehk sisendmuutujad väljundid ehk väljundmuutujad ja olek ehk olekumuutujad.

Süsteemi olek on määratud tema dünaamiliste olekumuutujate hetkväärtuste hulgaga. Kuna dünaamilised muutujad kajastavad süsteemi minevikku, siis võib süsteemi olekut võrrelda mäluga.

Süsteemi väljundid on tema oleku need funktsioonid, mida saab mõõta. Väljundiks võib olla mingi olekumuutuja või olekumuutujate kombinatsioon, kui neid muutujaid saab mõõta.

Süsteemi sisenditeks on muutujad, mis võivad mõjutada süsteemi olekut ja/või väljundeid. Sisendid jagunevad omakorda juhtsisenditeks ja määramatuteks sisenditeks ehk häiringuteks. Seejuures on juhtsisenditeks nii süsteemile väljaspoolt etteantavad seadesignaalid kui ka juhtseadme poolt väljastatavad juhttoimed.

Juhtsisendid ehk seadesignaalid antakse ette kas operaatori või välise, tavaliselt kõrgema juhtimistasandi, juhtseadme poolt. Protsessi juhtimiseks mõeldud juhttoimed on määratud juhtimise algoritmiga ning on tavaliselt arvutatud kas analoog- või digitaaljuhtseadme poolt. Juhttoimed mõjutavad juhtimisobjekti täiturite abil mida loetakse süsteemi osaks.

Pidevatoimelisel reguleerimisel on regulaator objektiga ühendatud püsivalt ja tema poolt avaldatav reguleeriv toime on reguleeritava suurusega pidevas seoses.

Releetoimelisel reguleerimisel on regulaator objektiga ühendatud küll kogu aeg, kuid tema poolt avaldatav toime on katkeline, omades kahte või enamat diskreetset väärtust.

Tüüplülid - kuna ühele juhtimisobjektile sobib mingi juhtseade, siis teisele sarnasele juhtimisobjektile sobib juhtseade, mis sarnaneb teise objekti juhtseadmega. Teisiti sõnastades – tegemist on juhtimise tüüplahendustega ja kasutust leidvaid automaatjuhtimissüsteemi lülisid nimetatakse seetõttu tüüplülideks.

Proportsionaallüli nimetatakse ka võimenduslüliks ja inertsi-vabalüliks, aga ka lühidalt P-lüli. P-lüli väljundsignaal muutub üheaegselt hüppelise sisendsignaaliga ja samuti hüppeliselt ilma hilinemiseta. Signaalinivoode erinevus on tingitud ainult võimendustegurist.

Joonis nr.10 P-lüli

Integreerimislüli nimetatakse ka astaatiliseks lüliks ning I-lüliks. Ideaalne integreerimislüli väljundsignaal kasvab (või kahaneb) pidevalt püsiva kiirusega, kui xs ≠ 0 ja on konstantne. Kiiruse määrab hüppe suurus sisendil. Reaalsel integreerimislülil (kirjeldatav IT1-lüliga) on väljundsignaali kasvamiskiirus alghetkel null ja tõuseb pikkamööda lõpliku kiiruseni.

Joonis nr.11 I-lüli

Diferentseerimislüli teine nimetus on D-lüli. Ideaalse diferentseerimislüli väljundsignaaliks on lõputult suure amplituudiga ülilühike impulss. Reaalse diferentseerimislüli (kirjeldatav DT1-lüliga) väljudsignaal kasvab väga kiiresti teatud lõpliku väärtuseni ja väheneb siis järkjärgult aeglustuva kiirusega nullini.

Joonis nr.12 D-lüli

Ajakonstandiga integreerimislüli ehk lühidalt IT1 kirjeldab reaalset integreerimislüli, mis erinevalt ideaalsest omab moonutust väljundis.

Ajakonstandiga diferentseerimislüli ehk lühidalt DT1 kirjeldab reaalset diferentseerimislüli, mis erinevalt ideaalsest omab moonutust väljundis.

Hilistuslüli käitub nagu P-lüli, aga reageerides sisendile teatava hilinemisega. Hilistuslüli tähistatakse PTh-lüli.

Aperioodilist lüli nimetatakse kainertseks lüliks relaksatsioonlüliks ja PT1 lüliks. Väljundsignaal hakkab muutuma kohe, algul maksimaalse, siis järjest kahanev kiirusega ning saavutab lõppväärtuse (3...5)T möödudes Siirdekarakteristik kujutab enesest eksponentkõverat.

Võnkelüli võib nimetada ka PT2-lüli, sest see omab juba kaht ajakonstanti.Kui elemendi reaktsiooniks sisendsignaali hüppelisele muutusele on väljundsignaali sumbuv võnkumine, vaadeldakse teda harilikult võnkelülina. Sõltuvalt sumbumistegurist täheldatakse kolme liiki võnkelülisid.

Proportsionaal-integreerimislüli ehk PI-lüli ühendab endas proprtsionaalset ja integraalset lüli.

Proportsionaal-diferentseerimislüli ehk PD-lüli ühendab endas proprtsionaalset ja diferentseerivat lüli.

Proportsionaal-integreerimis-diferentseerimislüli ehk PID-lüli ühendab endas kõiki kolme põhielementi – P-lüli, I-lüli ja D-lüli. PID-regulaatorid on ühed kõige laiemalt levinud juhtseadmed, kusjuures PI- ja PD-regulaator on realiseeritud PID-regulaatoriga, millel kas D- või I-lüli võimendus on nullitud.