კონტროლის ინჟინერია: რითია და მისი ისტორია
რა არის კონტროლის ინჟინერია
კონტროლის სისტემების ინჟინერია არის ინჟინერიის დარგი, რომელიც კონტროლის თეორიის პრინციპებით შექმნის სისტემებს, რომლებიც მოწოდებული ხერხებით დაკონტროლებულ სახით იძლევა სასურველ ქცევას. ამიტომ, თუმცა კონტროლის ინჟინერია უნივერსიტეტში ხშირად ელექტროტექნიკის ინჟინერიის ფარგლებში ასწავლებენ, ეს არის ინტერდისციპლინარული თემა.
კონტროლის სისტემების ინჟინერები ანალიზირებენ, დიზაინირებენ და უზრუნველყოფენ სისტემების უკეთეს მუშაობას, რომლებიც შედგებიან მექანიკური, ელექტროტექნიკური, ქიმიური, მეტალურგიული, ელექტრონული ან პნეუმატიკური ელემენტების მაღალი ინტეგრაციით. ასე რომ, კონტროლის ინჟინერია მრავალფეროვან დინამიურ სისტემებთან არის დაკავშირებული, რომლებიც ჩათვლის ადამიანურ და ტექნოლოგიურ ინტერფეისს. ამ სისტემებს ზოგადად უწოდებენ კონტროლის სისტემებს.
კონტროლის სისტემების ინჟინერია ფოკუსირდება სისტემების ანალიზზე და დიზაინზე, რათა გაუმჯობესოს სისტემის პასუხის სიჩქარე, სიზუსტე და სტაბილურობა.
კონტროლის სისტემების ორი მეთოდი შედგება კლასიკური და თანამედროვე მეთოდებისგან. პირველი ნაბიჯია სისტემის მათემატიკური მოდელის დასახელება, შემდეგ ანალიზი, დიზაინი და ტესტირება. შემდეგ შემოწმებული იქნება სტაბილურობის საჭირო პირობები და ბოლოს განხორციელდება უზრუნველყოფა.
კლასიკურ მეთოდში მათემატიკური მოდელირება ჩაიტაცება დროის დომენში, სიხშირის დომენში ან კომპლექსურ დომენში. სისტემის სტეპ პასუხი მათემატიკურად მოდელირებულია დროის დომენში დიფერენციალური ანალიზით, რათა განსაზღვროს მისი დადგენის დრო, % ზედმეტი და ა.შ. სიხშირის დომენში ყველაზე ხშირად გამოიყენება ლაპლასის ტრანსფორმაციები, რათა განსაზღვროს სისტემის ღია ციკლის გეინი, ფაზური მარჯინი, სიხშირის სიგანე და ა.შ. ტრანსფერის ფუნქციის, ნიიკვისტის სტაბილურობის კრიტერიუმის, მონაცემების შერჩევის, ნიიკვისტის გრაფიკის, პოლებისა და ნულების, ბოდეს გრაფიკების, სისტემის დელაის ყველა კონცეფცია შედის კლასიკური კონტროლის ინჟინერიის სფეროში.
თანამედროვე კონტროლის ინჟინერია მუშაობს მრავალი შეყვანის და მრავალი გამოყვანის (MIMO) სისტემებზე, სტატუს სივრცის მიდგომაზე, ეიგენმნიშვნელებზე და ვექტორებზე. ნაცვლად რთული ჩვეულებრივი დიფერენციალური განტოლებების ტრანსფორმირებისა, თანამედროვე მიდგომა ქცევას უკან გარდაქმნის პირველი რიგის დიფერენციალურ განტოლებებად და ამოხსნის ვექტორული მეთოდით.
ავტომატური კონტროლის სისტემები ყველაზე ხშირად გამოიყენება, რადგან არ მოიცავს ხელით კონტროლს. კონტროლის ცვლადი იზომება და შედარებული იქნება განსაზღვრულ მნიშვნელობას სასურველი შედეგის მისაღებად. ავტომატიზებული სისტემების გამოყენების შედეგად ენერგიის ან ძალის და პროცესის დარჩენის ღირებულება შემცირდება, რაც მატარს მას ხარისხსა და პროდუქტიულობას.
კონტროლის სისტემების ისტორია
ავტომატური კონტროლის სისტემების გამოყენება არის არა მხოლოდ ანტიკური ცივილიზაციებიდან დაწყებული. სხვადასხვა ტიპის წყალის საათები დიზაინირებული და იმპლემენტირებული იყო სიზუსტით დროის გაზომვისთვის მე-3 საუკუნეში ქრისტეში, ბერძენებისა და არაბების მიერ. თუმცა, პირველი ავტომატური სისტემა არის ვატსის ფლაიბოლ გუვერნორი 1788 წელს, რომელმაც დაიწყო საინდუსტრიო რევოლუცია. გუვერნორის მათემატიკური მოდელი ანალიზირებულია მაქსველმა 1868 წელს. 19-ე საუკუნეში ლეონჰარდ ეილერმა, პიერ სიმონ ლაპლასმა და ჟოზეფ ფურიემ განავითარეს სხვადასხვა მეთოდები მათემატიკური მოდელირებისთვის. მეორე სისტემა არის ალ ბუტზის დამპერ ფლაპპერი - თერმოსტატი 1885 წელს. მან დააწყო კომპანია, რომელიც ახლა დაინომინებულია ჰანიველლი.
20-ე საუკუნის დასაწყისი ცნობილია როგორც კონტროლის ინჟინერიის რესურსების დრო. ამ პერიოდში კლასიკური კონტროლის მეთოდები განვითარდა ბელ ლაბორატორიაში ჰენდრიკ ვეიდ ბოდემ და ჰარი ნიიკვისტმა. ავტომატური კონტროლერები გემების სტერინგისთვის განვითარდა მინორსკიმ, რუს-ამერიკელი მათემატიკოსმა. მან 1920-იან წლებში შემოიტანა ინტეგრალური და დერივატიული კონტროლის კონცეფცია. სტაბილურობის კონცეფცია შემოიტანა ნიიკვისტმა და შემდეგ ევანსმა. ტრანსფორმაციები კონტროლის სისტემებში გამოიყენა ოლივერ ჰევისაიდმა. თანამედროვე კონტროლის მეთოდები განვითარდა 1950-იან წლებში რუდოლფ კალმანმა, რათა გადაემორჩეს კლასიკური მეთოდების შეზღუდვები. პლს-ები შემოიღეს 1975 წელს.
კონტროლის ინჟინერიის ტიპები
კონტროლის ინჟინერია თავისი კატეგორიზაცია იქნება განსხვავებული მეთოდოლოგიების გამოყენების მიხედვით. კონტროლის ინჟინერიის ძირითადი ტიპები შედგებია:
