Inhenyerya ng Pagkontrol: Ano ito? (At ang Kanyang Kasaysayan)

Ano ang Control Engineering

Ang kontrol sa sistema ng inhenyeriya ay sangay ng inhenyeriya na may kaugnayan sa mga prinsipyo ng teorya ng kontrol, upang disenyan ang isang sistema na nagbibigay ng nais na pag-uugali sa isang kontroladong paraan. Dahil dito, bagama't ang kontrol sa inhenyeriya kadalasang itinuturo sa loob ng elektrikal na inhenyeriya sa unibersidad, ito ay isang interdisiplinaryong paksa.

Ang mga inhinyerong kontrol ng sistema ay analisa, disenya, at optimiza ang mga komplikadong sistema na binubuo ng mataas na integradong koordinasyon ng mekanikal, elektrikal, kemikal, metalurhiko, elektroniko o pneumatiko na elemento. Kaya ang kontrol ng inhenyeriya ay umuugnay sa isang malawak na saklaw ng dinamiko na sistema na kasama ang tao at teknolohikal na interfacing. Ang mga sistema na ito ay malawakang tinatawag na kontrol ng sistema.

Ang kontrol ng sistema ng inhenyeriya ay nakatuon sa pag-aanalisa at pagdidisenyo ng mga sistema upang mapabuti ang bilis ng tugon, katumpakan, at estabilidad ng sistema.

Ang dalawang paraan ng kontrol ng sistema ay kinabibilangan ng mga klasikal na paraan at modernong paraan. Ang matematikal na modelo ng sistema ay itinatayo bilang unang hakbang, sumusunod ang pag-aanalisa, pagdidisenyo, at pagsusuri. Ang kinakailangang kondisyon para sa estabilidad ay sinusuri at sa huli, ang pag-o-optimize ay sumusunod.

Sa klasikal na paraan, ang matematikal na pagmomodelo ay karaniwang ginagawa sa domain ng oras, frequency domain o complex domain. Ang step response ng isang sistema ay matematikal na inomodelo sa differential analysis ng domain ng oras upang mahanap ang settling time, % overshoot, atbp. Laplace transforms ang pinaka-karaniwang ginagamit sa frequency domain upang mahanap ang open loop gain, phase margin, bandwidth, atbp. ng sistema. Ang konsepto ng transfer function, Nyquist stability criteria, sampling ng data, Nyquist plot, poles at zeros, Bode plots, system delays lahat ay nasa ilalim ng umbrella ng klasikal na kontrol ng inhenyeriya.

Ang modernong kontrol ng inhenyeriya ay umuugnay sa Multiple Input Multiple Output (MIMO) systems, State space approach, Eigenvalues, at vectors, atbp. Sa halip na transformihin ang mga komplikadong ordinary differential equations, ang modernong paraan ay konberte ang mas mataas na order na equations sa first order differential equations at lutasin gamit ang vector method.

Ang automatic control systems ay pinakamadalas na ginagamit dahil hindi ito nangangailangan ng manual na kontrol. Ang kontrolyadong variable ay sinusukat at ikokompara sa isang spesipikong halaga upang makamit ang nais na resulta. Bilang resulta ng automated systems para sa kontrol, ang gastos ng enerhiya o power, pati na rin ang gastos ng proseso, ay mababawasan, at ang kalidad at produktividad nito ay magiging mas mataas.

Kasaysayan ng Mga Sistema ng Kontrol

Ang aplikasyon ng Automatic control system ay naniniwalaang ginagamit pa noong sinaunang mga sibilisasyon. Ilang uri ng water clocks ang disenyo at ipinatupad upang sukatin ang oras nang wasto mula sa ika-3 siglo BC, ng mga Greeks at Arabs. Ngunit ang unang automatic system ay itinuturing na ang Watts Fly ball Governor noong 1788, na nagsimula ng industrial revolution. Ang mathematical modeling ng Governor ay inanalisa ni Maxwell noong 1868. Noong ika-19th siglo, sina Leonhard Euler, Pierre Simon Laplace, at Joseph Fourier ang nagbuo ng iba't ibang paraan para sa mathematical modeling. Ang pangalawang sistema ay itinuturing na ang Al Butz’s Damper Flapper – isang thermostat noong 1885. Siya ang nagsimula ng kompanya na ngayon ay kilala bilang Honeywell.

Ang simula ng ika-20th siglo ay kilala bilang ang golden age ng kontrol ng inhenyeriya. Sa panahong ito, ang mga klasikal na paraan ng kontrol ay binuo sa Bell Laboratory ni Hendrik Wade Bode at Harry Nyquist. Ang mga automatic controllers para sa steering ng mga barko ay binuo ni Minorsky, isang Russian American Mathematician. Siya rin ang nagpasimuno ng konsepto ng Integral at Derivative Control noong 1920s. Samantala, ang konsepto ng estabilidad ay ipinasa ni Nyquist at sinundan ni Evans. Ang mga transforms ay na-apply sa mga sistema ng kontrol ni Oliver Heaviside. Ang mga Modern Control Methods ay binuo pagkatapos ng 1950s ni Rudolf Kalman, upang labanan ang limitasyon ng mga klasikal na paraan. Ang PLC's ay ipakilala noong 1975.

Mga Uri ng Kontrol ng Inhenyeriya

Ang kontrol ng inhenyeriya ay may sariling kategorya depende sa iba't ibang metodolohiya na ginagamit. Ang pangunahing mga uri ng kontrol ng inhenyeriya ay kinabibilangan ng:

• Klasikal na Kontrol ng Inhenyeriya

• Modernong Kontrol ng Inhenyeriya

• Robust na Kontrol ng Inhenyeriya

• Optimal na Kontrol ng Inhenyeriya

• Adaptive na Kontrol ng Inhenyeriya

• Nonlinear na Kontrol ng Inhenyeriya

• Game Theory

Klasikal na Kontrol ng Inhenyeriya

Ang mga sistema ay karaniwang kinakatawan gamit ang ordinary differential equations. Sa klasikal na kontrol ng inhenyeriya, ang mga equation na ito ay transformihin at inanalisa sa isang transformed domain. Laplace transform, Fourier transform at z transform ay mga halimbawa. Ang paraan na ito ay karaniwang ginagamit sa Single Input Single Output systems (SISO).

Modernong Kontrol ng Inhenyeriya

Sa modernong kontrol ng inhenyeriya, ang mas mataas na order na differential equations ay konberte sa first order differential equations. Ang mga equation na ito ay lutasin nang parang vector method. Sa pamamaraang ito, maraming komplikasyon na nasolusyunan sa paglutas ng mas mataas na order na differential equations.

Ang mga ito ay na-apply sa Multiple Input Multiple Output systems kung saan ang pag-aanalisa sa frequency domain ay hindi posible. Ang nonlinearities na may multiple variables ay lutasin gamit ang modernong metodolohiya. Ang State space vectors, Eigenvalues, at Eigen Vectors ay nasa kategoryang ito. Ang State Variables ay naglalarawan ng input, output, at system variables.

Robust na Kontrol ng Inhenyeriya

Sa robust na paraan ng kontrol, ang mga pagbabago sa performance ng sistema sa pagbabago ng mga parameter ay sinusukat para sa optimization. Ito ay tumutulong sa pag-widening ng estabilidad at performance, at sa paghahanap ng iba't ibang solusyon. Kaya sa robust na kontrol, ang kapaligiran, internal inaccuracies, noises, at disturbances ay inaangkin upang bawasan ang fault sa sistema.

Optimal na Kontrol ng Inhenyeriya

Sa optimal na kontrol ng inhenyeriya, ang problema ay inilapat bilang isang mathematical model ng proseso,