नियंत्रण अभियांत्रिकी: यह क्या है? (और इसका इतिहास)

नियंत्रण इंजीनियरिंग क्या है

नियंत्रण प्रणाली इंजीनियरिंग वह शाखा है जो नियंत्रण सिद्धांत के सिद्धांतों के साथ निपुणता से एक प्रणाली का डिज़ाइन करने का काम करती है जो नियंत्रित तरीके से अभीष्ट व्यवहार देती है। इसलिए, हालांकि नियंत्रण इंजीनियरिंग अक्सर विश्वविद्यालय में विद्युत इंजीनियरिंग के अंतर्गत पढ़ाई जाती है, यह एक बहुविषयक विषय है।

नियंत्रण प्रणाली इंजीनियर उन जटिल प्रणालियों का विश्लेषण, डिज़ाइन और ऑप्टिमाइज़ करते हैं जो यांत्रिक, विद्युत, रासायनिक, धातुर्मितीय, इलेक्ट्रॉनिक या प्न्यूमेटिक तत्वों के उच्च रूप से एकीकृत समन्वय से बनी होती हैं। इस प्रकार नियंत्रण इंजीनियरिंग मानव और तकनीकी इंटरफेसिंग शामिल विभिन्न प्रकार की गतिशील प्रणालियों से संबंधित है। इन प्रणालियों को व्यापक रूप से नियंत्रण प्रणालियाँ कहा जाता है।

नियंत्रण प्रणाली इंजीनियरिंग प्रणाली की प्रतिक्रिया की गति, सटीकता और स्थिरता को सुधारने के लिए प्रणाली के विश्लेषण और डिज़ाइन पर केंद्रित है।

नियंत्रण प्रणाली की दो विधियाँ हैं - पारंपरिक विधियाँ और आधुनिक विधियाँ। प्रणाली का गणितीय मॉडल सेट करना पहला कदम है जिसके बाद विश्लेषण, डिज़ाइन और परीक्षण होता है। स्थिरता के लिए आवश्यक शर्तें जांची जाती हैं और अंत में ऑप्टिमाइज़ किया जाता है।

पारंपरिक विधि में, गणितीय मॉडलिंग आमतौर पर समय क्षेत्र, आवृत्ति क्षेत्र या जटिल क्षेत्र में की जाती है। प्रणाली का स्टेप रिस्पॉन्स समय क्षेत्र विश्लेषण में गणितीय रूप से मॉडलिंग किया जाता है ताकि इसका सेटलिंग समय, % ओवरशूट आदि पाया जा सके। लाप्लास ट्रांसफॉर्म आवृत्ति क्षेत्र में सबसे अधिक उपयोग किए जाते हैं ताकि प्रणाली का ओपन लूप गेन, फेज मार्जिन, बैंडविड्थ आदि पाया जा सके। ट्रांसफर फंक्शन, नाइक्विस्ट स्थिरता मानदंड, डेटा का सैंपलिंग, नाइक्विस्ट प्लॉट, पोल्स और जीरो, बोड प्लॉट्स, प्रणाली के देरी सभी पारंपरिक नियंत्रण इंजीनियरिंग विधि के अंतर्गत आते हैं।

आधुनिक नियंत्रण इंजीनियरिंग एकाधिक इनपुट एकाधिक आउटपुट (MIMO) प्रणालियों, स्टेट स्पेस दृष्टिकोण, इगेनवैल्यू और इगेनवेक्टर आदि से संबंधित है। जटिल सामान्य अवकल समीकरणों को ट्रांसफार्म करने के बजाय, आधुनिक दृष्टिकोण उच्च क्रम के समीकरणों को पहले क्रम के अवकल समीकरणों में परिवर्तित करता है और इसे वेक्टर विधि द्वारा हल करता है।

स्वचालित नियंत्रण प्रणालियाँ सबसे अधिक उपयोग की जाती हैं क्योंकि इनमें मैनुअल नियंत्रण शामिल नहीं होता। नियंत्रित चर मापा जाता है और निर्दिष्ट मान के साथ तुलना की जाती है ताकि अभीष्ट परिणाम प्राप्त किया जा सके। स्वचालित प्रणालियों के परिणामस्वरूप, ऊर्जा या शक्ति की लागत और प्रक्रिया की लागत कम हो जाती है जिससे गुणवत्ता और उत्पादकता बढ़ती है।

नियंत्रण प्रणालियों का इतिहास

स्वचालित नियंत्रण प्रणाली का उपयोग प्राचीन सभ्यताओं से ही चल रहा माना जाता है। ग्रीक और अरब द्वारा तीसरी शताब्दी ईसा पूर्व से ठीक समय को मापने के लिए कई प्रकार की पानी की घड़ियाँ डिज़ाइन और लागू की गई थीं। लेकिन पहली स्वचालित प्रणाली 1788 में वॉट्स फ्लाईबॉल गवर्नर मानी जाती है, जिसने औद्योगिक क्रांति की शुरुआत की। गवर्नर का गणितीय मॉडल 1868 में मैक्सवेल द्वारा विश्लेषित किया गया था। 19वीं शताब्दी में, लियोनहार्ड यूलर, पियरे सिमोन लाप्लास और जोसेफ फूरियर ने गणितीय मॉडलिंग के लिए विभिन्न विधियाँ विकसित कीं। दूसरी प्रणाली 1885 में अल बुट्ज़ की डैम्पर फ्लैपर - एक थर्मोस्टैट मानी जाती है। उन्होंने अब हनीवेल नामक कंपनी की शुरुआत की।

20वीं शताब्दी की शुरुआत नियंत्रण इंजीनियरिंग के स्वर्णिम युग के रूप में जानी जाती है। इस समय के दौरान, बेल लैबोरेटरी में हेन्ड्रिक वेड बोड और हैरी नाइक्विस्ट द्वारा पारंपरिक नियंत्रण विधियाँ विकसित की गईं। रूसी-अमेरिकी गणितज्ञ मिनोर्स्की द्वारा जहाजों के लिए स्वचालित नियंत्रक विकसित किए गए। 1920 के दशक में उन्होंने इंटीग्रल और डेरिवेटिव नियंत्रण की अवधारणा पेश की। इस बीच, स्थिरता की अवधारणा नाइक्विस्ट द्वारा पेश की गई और इसे एवंस ने अनुसरण किया। ओलिवर हेविसाइड ने नियंत्रण प्रणालियों में ट्रांसफार्म का उपयोग किया। 1950 के बाद रुडोल्फ काल्मन ने पारंपरिक विधियों की सीमाओं को दूर करने के लिए आधुनिक नियंत्रण विधियाँ विकसित कीं। 1975 में PLCs का परिचय दिया गया।

नियंत्रण इंजीनियरिंग के प्रकार

नियंत्रण इंजीनियरिंग की अपनी विभाजन है जो उपयोग की जाने वाली विभिन्न विधियों पर निर्भर करती है। नियंत्रण इंजीनियरिंग के मुख्य प्रकार निम्नलिखित हैं:

• पारंपरिक नियंत्रण इंजीनियरिंग

• आधुनिक नियंत्रण इंजीनियरिंग

• सुदृढ़ नियंत्रण इंजीनियरिंग

• अनुकूल नियंत्रण इंजीनियरिंग

• संशोधित नियंत्रण इंजीनियरिंग

• असमरूप नियंत्रण इंजीनियरिंग

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