Басқару инженериясы: Бұл не? (Және тарихы)

Басқару инженериясы неге тиеселі

Басқару жүйесі инженериясы - бұл инженерияның бөлігі, ол басқару теориясының принциптерін пайдаланып, желімді түрде өткен жағдайда қажетті нәтиже беретін жүйені жасайды. Сондықтан, басқару инженериясы университетте электр техникалық инженерия курсында өтілетін болса да, бұл межелік тақырып.

Басқару жүйесі инженерлері механикалық, электр, химиялық, металлургиялық, электрондық немесе пневматикалық элементтердің жоғары деңгейде интеграцияланған координациясын анализдеп, жасап, оптимизациялады. Сондықтан басқару инженериясы адам және технология арасындағы интерфейсін енгізген динамикалық жүйелерге байланысты. Бұл жүйелер кеңінен басқару жүйелері деп аталады.

Басқару жүйесі инженериясы жүйенің жауапкершілік уақытын, дәлдігін және стабилдігін жақсарту үшін анализ жасайды және жасайды.

Басқару жүйесінің екі ықтимал әдісі - классикалық әдістер мен жаңа әдістер. Алғашқы қадам - жүйенің математикалық модельін құру, содан кейін анализ, жобалау және тексеру. Стабилдік үшін қажетті шарттар тексеріледі, содан кейін оптимизация жүргізіледі.

Классикалық әдісте математикалық моделирование аралық уақытта, частоталық аймақта немесе түрлі аймақта жүргізіледі. Жүйенің кадамдық жауапы уақыт аймағында дифференциалдық талдау арқылы математикалық моделирован және оның жазылу уақыты, % өту, т.б. табылады. Лаплас ауыстырулары частоталық аймақта жүйенің ачық цикті қозғалышы, фазалық маржа, диапазоны т.б. табу үшін ең көп қолданылады. Ауыстыру функциясы, Найквисттің стабилдік критерийі, деректердің сымалдауы, Найквист сызығы, полюстар және нөлдер, Боде графигі, жүйенің заманауы, барлығы классикалық басқару инженериясының аймағына тиеселі.

Жаңа басқару инженериясы Көптеген Енгізу-Шығару (MIMO) жүйелерімен, Состояние пространства подходом, собственных значений и векторов, и т.д. вместо преобразования сложных обыкновенных дифференциальных уравнений, современный подход преобразует уравнения высокого порядка в дифференциальные уравнения первого порядка и решает их методом векторов.

Автоматты басқару жүйелері өзара басқару қажет емес түрде ең көп қолданылады. Басқарылатын өлшемдер өлшеніп, белгіленген мәнмен салыстырылып, қажетті нәтижеге жетуге мүмкіндік береді. Автоматты басқару жүйелерін қолдану нәтижесінде энергия немесе күш, процестің құны азайады, сондықтан сапасы және өндірістік өсуі жақсартылады.

Басқару жүйелерінің тарихы

Автоматты басқару жүйесінің қолданылуы өте ескі цивилизациялардан басталған деп есептеледі. Гректер мен арабдар үшінші жылдардан бастап уақытты дәл өлшеп, су сағаттарын құрып қолданған. Бірақ бірінші автоматты жүйе 1788 жылы Ватттың флайбол губернаторы болып саналады, ол индустриялық революцияны бастады. Губернатордың математикалық моделин Максвелл 1868 жылы талдады. 19шы жылдары Леонард Эйлер, Пьер Симон Лаплас және Жозеф Фурье өзара айырмашылықтай математикалық моделирования әдістерін қалыптастырды. Екінші жүйе 1885 жылы Аль Бутцтың Дампер Флаппер термостаты болып саналады. Ол компанияны, енді Ханивел деп аталатын, бастады.

20шы жылдар басқару инженериясының алтын доңғысы деп аталады. Осы уақытта классикалық басқару әдістері Бел лабораториясында Гендрик Вейд Боуде мен Гарри Найквист қалыптастырды. Корабылдардың автоматты рулануын құрастыратын контроллерлер Минорски, Русиялық-Америкалық математик, қалыптастырды. Ол 1920-шы жылдары Интегралды және Деривативді басқару концепциясын енгізді. Сонымен қатар, стабилдік концепциясы Найквист пен Еванс таразылы. Оливер Хевисайд басқару жүйелерінде ауыстыруларды қолданды. Рудольф Калман 1950-шы жылдардан кейін классикалық әдістердің шектеулерін жеңіп, жаңа басқару әдістерін қалыптастырды. PLC-лер 1975 жылы енгізілді.

Басқару инженериясының түрлері

Басқару инженериясы қолданылатын әртүрлі әдістерге байланысты өзінің категорияларында бөлінеді. Басқару инженериясының негізгі түрлері:

• Классикалық басқару инженериясы

• Жаңа басқару инженериясы

• Міндетті басқару инженериясы

• Оптималды басқару инженериясы

• Пайдаланушы басқару инженериясы

• Тізімді басқару инженериясы

• Ойын теориясы

Классикалық басқару инженериясы

Системалар аралық дифференциалдық теңдеулер арқылы көрсетіледі. Классикалық басқару инженериясында бұл теңдеулер түрлендіріліп, түрлендірілген аймақта талдау жүргізіледі. Лаплас ауыстырулары, Фурье ауыстырулары және z ауыстырулары мысалдары. Бұл әдіс ең көп бір енгізу-бір шығару системаларында (SISO) қолданылады.

Жаңа басқару инженериясы

Жаңа басқару инженериясында, жоғары деңгейлі дифференциалдық теңдеулер бірінші деңгейлі дифференциалдық теңдеулерге айналдырылады. Бұл теңдеулер векторлық әдіске ұқсас шешіледі. Осылайша, жоғары деңгейлі дифференциалдық теңдеулерді шешуде пайда болатын көптеген проблемалар шешіледі.