Kontrola Inĝenierado: Kio ĝi estas? (Kaj sia Historio)

Kio estas Kontrola Inĝenierado

Kontrola inĝenierado estas branĉo de inĝenierado, kiu traktas principojn de kontrolteorio por disvolvi sistemon, kiu produktas la deziratan konduton en regita maniero. Tial, kvankam kontrola inĝenierado ofte instruatas en elektra inĝenierado ĉe universitato, ĝi estas interdisciplina temo.

Kontrolaj inĝenieroj analizas, konstruas kaj optimizas kompleksajn sistemojn, kiuj konsistas el altgradigita koordinado de mekanikaj, elektraj, kemikaj, metallurgiaj, elektronikaj aŭ pneumatikaj elementoj. Do, kontrola inĝenierado traktas diversan gamon de dinamikaj sistemoj, kiuj inkluzivas homan kaj teknologian interfason. Ĉi tiuj sistemoj ĝenerale nomiĝas kontrolaj sistemoj.

Kontrola inĝenierado fokusas sur la analizon kaj disvolvon de sistemoj por plibonigi la rapidon de respondo, akuratecon kaj stabilecon de la sistemo.

La du metodoj de kontrola sistemo inkluzivas klasikajn metodojn kaj modernajn metodojn. La matematika modelo de la sistemo estas starigita kiel unua paŝo, sekve analizi, disvolvi kaj testi. Necesaj kondiĉoj por la stabileco estas kontroli, kaj fine, optimigo sekvas.

En la klasika metodo, matematika modelado kutime faras en la tempo domajno, frekvenco domajno aŭ kompleksa domajno. La ŝtupo respondo de sistemo matematike modeligas en tempodoma diferenciala analizo por trovi ĝian stabiligan tempon, % superŝuton, etc. Laplace transformoj plej komune uzas en la frekvenca domajno por trovi la malfermitan lanĉganon, fazmarginton, pasbandon, etc. de la sistemo. La koncepto de la transdonfunkcio, Nyquist stabileckriterioj, provado de datumoj, Nyquist diagramo, polusoj kaj nuloj, Bode diagramoj, sistemo dilacioj ĉiuj sub la umbro de klasika kontrola inĝenierada streko.

Moderna kontrola inĝenierado traktas Multoblajn Enigaĵojn Multoblajn Eligaĵojn (MIMO) sistemojn, Stata spaca proksimumo, Eigenvalorojn, kaj vektorojn, etc. Anstataŭe transformi kompleksajn ordinarajn diferencialajn ekvaciojn, moderna proksimumo konvertas pli altajn ordojn al unua orda diferencialaj ekvacioj kaj solvas per vektora metodo.

Aŭtomataj kontrolaj sistemoj plej komune uzas ĉar ĝi ne implikas manuan kontrolon. La kontrolata variablo mezuras kaj komparas kun specifa valoro por atingi la deziran rezulton. Kiel rezulto de aŭtomataj sistemoj por kontrolceloj, la kostoj de energio aŭ potenco, kaj ankaŭ la kostoj de la procezo, estos reduktitaj, pligrandigante ĝian kvaliton kaj produktivecon.

Historio de Kontrolaj Sistemoj

La apliko de Aŭtomata kontrola sistemo estas kredita esti en uzo eĉ de la antikvaj civilizacioj. Diversaj tipoj de akvohorloĝoj estis dizajnitaj kaj realigitaj por precize mezuri la tempon de la tria jarcento a.K., de Grekoj kaj Araboj. Sed la unua aŭtomata sistemo estas konsiderata kiel la Watts Fly ball Governor en 1788, kiu startis la industrivan revolucion. La matematika modelado de Gubernisto estas analizita de Maxwell en 1868. En la 19a jarcento, Leonhard Euler, Pierre Simon Laplace, kaj Joseph Fourier disvolvis malsamajn metodojn por matematika modelado. La dua sistemo estas konsiderata kiel Al Butz’s Damper Flapper – termostato en 1885. Li startis la kompanion nun nomitan Honeywell.

La komenco de la 20a jarcento estas konata kiel la ora epoko de kontrola inĝenierado. Dum ĉi tiu tempo, klasikaj kontrolmetodoj estis disvolvitaj en Bell Laboratory de Hendrik Wade Bode kaj Harry Nyquist. Aŭtomataj kontroliloj por sterado de ŝipoj estis disvolvitaj de Minorsky, Russo-Amerika matematikisto. Li ankaŭ enkondukis la koncepton de Integrala kaj Deriva Kontrolo en la 1920-aj jaroj. Meze, la koncepto de stabileco estis proponita de Nyquist kaj sekvis de Evans. La transformoj estis aplikitaj en kontrolaj sistemoj de Oliver Heaviside. Modernaj kontrolmetodoj estis disvolvitaj post la 1950-aj jaroj de Rudolf Kalman, por venki la limigojn de klasikaj metodoj. PLC’s estis enkonduitaj en 1975.

Tipoj de Kontrola Inĝenierado

Kontrola inĝenierado havas sian kategorigon depende de la malsamaj metodologioj uzitaj. La ĉefaj tipoj de kontrola inĝenierado inkluzivas:

• Klasika Kontrola Inĝenierado

• Moderna Kontrola Inĝenierado

• Robusta Kontrola Inĝenierado

• Optima Kontrola Inĝenierado

• Adaptiva Kontrola Inĝenierado

• Nelineara Kontrola Inĝenierado

• Ludoteorio

Klasika Kontrola Inĝenierado

La sistemoj kutime reprezentas per ordinara diferenciala ekvacioj. En klasika kontrola inĝenierado, ĉi tiuj ekvacioj transformiĝas kaj analizas en transformita domajno. Laplace transformo, Fourier transformo kaj z transformo estas ekzemploj. Ĉi tiu metodo komune uzas en Ununura Enigaĵo Ununura Eligaĵo sistemoj (SISO).

Moderna Kontrola Inĝenierado

En moderna kontrola inĝenierado, pli altaj ordoj de diferencialaj ekvacioj konvertas al unua orda diferencialaj ekvacioj. Ĉi tiuj ekvacioj solvas tre simile al vektora metodo. Fari tiel, multaj komplikoj en solvado de pli altaj ordoj de diferencialaj ekvacioj solviĝas.

Ĉi tiuj aplikas en Multoblaj Enigaĵoj Multoblaj Eligaĵoj sistemoj, kie analizo en la frekvenca domajno ne eblas. Nelinearecoj kun multaj variabloj solvas per moderna metodologio. Stata spaca vektoroj, Eigenvaloroj, kaj Eigen Vektoroj apartenas al ĉi tiu kategorio. Stata Variabloj priskribas la enigaĵon, eligaĵon kaj sistemajn variablojn.

Robusta Kontrola Inĝenierado

En robusta kontrola metodologio, la ŝanĝoj en la efikeco de la sistemo kun la ŝanĝo en parametroj mezuras por optimigo. Ĉi tio helpas elargigi la stabilecon kaj efikecon, ankaŭ en trovi alternativajn solvojn. Do, en robusta kontrola, la medio, internaj neprecizecoj, bruoj, kaj perturboj konsideras por redukti la eraron en la sistemo.

Optima Kontrola Inĝenierado