Контролна инженерия: Што е тоа? (И неговата историја)
Што е контролна инженерия
Инженерство за контролни системи е гранка на инженерството која се занимава со принципите на теоријата на контрола, за да дизајнира систем кој дава желаниот одговор по контролиран начин. Затоа, иако инженерството за контролни системи често се предава како дел од електричното инженерство во универзитетите, тоа е междудисциплинарна тема.
Инженери за контролни системи анализираат, дизајнираат и оптимизираат комплексни системи кои се состојат од високо интегрирани координации на механички, електрички, хемиски, металуршки, електронски или пневматички елементи. Така, инженерството за контролни системи се занимава со разновиден опсег на динамички системи кои вклучуваат интерфејс на луѓето и технологијата. Овие системи широко се нарекуваат контролни системи.
Инженерството за контролни системи се фокусира на анализа и дизајнот на системите за подобрување на брзината на одговор, точноста и стабилноста на системот.
Двете методи за контролни системи вклучуваат класични методи и модерни методи. Математичкиот модел на системот се поставува како први чекор, следејќи ги анализата, дизајнот и тестовите. Проверуваат се неопходните услови за стабилноста, а на крај следува оптимизација.
Во класичниот метод, математичкото моделирање обично се прави во временски домен, фреквенцијски домен или комплексен домен. Стаповиот одговор на системот се математички моделира во временски домен диференцијална анализа за да се најде неговото време на стабилизација, % превишувачка вредност, итн. Лапласовите трансформации најчесто се користат во фреквенцијскиот домен за да се најдат отворениот звук, фазниот маргинал, полосата на фреквенциите итн. на системот. Концептот на трансферна функција, Нјујстови критериуми за стабилност, узоркување на податоци, Нјујстови графикони, полуси и нулти точки, Бодеви графици, забавување на системот сите доаѓаат под паричката на класичното инженерство за контролни системи.
Модерното инженерство за контролни системи се занимава со системи со повеќе входи и повеќе излези (MIMO), пристап со простор на состојби, собствени вредности и вектори, итн. Наместо да се трансформираат комплексни обични диференцијални равенки, модерниот пристап ги конвертира повисоките редови на равенки во првиот ред диференцијални равенки и ги решава со векторски метод.
Автоматските контролни системи најчесто се користат бидејќи не вклучуваат рачен контрол. Контролираниот променлив се мери и се споредува со специфицирана вредност за да се добие желан резултат. Како резултат на автоматизираните системи за контролни цели, цената на енергијата или моќта, како и цената на процесот, ќе бидат намалени, подигнувајќи ја нивната квалитет и продуктивност.
Историја на контролните системи
Примената на автоматски контролни системи се верува дека се користи и од древните цивилизации. Неколку типови на водни часовници беа дизајнирани и имплементирани за точно мерење на времето од третиот век п.н.е., од Грците и Арапите. Но првиот автоматски систем се смета за Ватсов Губернатор со летечки топчиња во 1788 година, кој започна индустријската револуција. Математичкото моделирање на Губернаторот беше анализирано од Максвел во 1868 година. Во 19ти век, Леонард Ојлер, Пјер Симон Лаплас и Џозеф Фурије развијаа различни методи за математичко моделирање. Вториот систем се смета за Дампер Флапер на Ал Бутз - термостат во 1885 година. Той започна компанијата која денес се нарекува Хоневел.
Почетокот на 20ти век е познат како златниот век на инженерството за контролни системи. По тоа време, класичните методи за контролни системи беа развиени во Бел Лабораторијата од Хендрик Вад Бојд и Хари Нјујст. Автоматски контролери за управување со кораби беа развиени од Минорски, руско-американски математичар. Тој исто така го воведе концептот на Интегрален и Диференцијален контрол во 1920-тите. Меѓувременно, концептот на стабилност беше поставен од Нјујст и продолжен од Еванс. Преобразбите беа применети во контролните системи од Оливер Хевисајд. Модерните методи за контролни системи беа развиени после 1950-тите од Рудолф Калман, за да се надминат ограничувањата на класичните методи. ПЛЦ-тите беа воведени во 1975 година.
Типови на инженерство за контролни системи
Инженерството за контролни системи има своја класификација врз основа на различните методологии што се користат. Главните типови на инженерство за контролни системи вклучуваат:
Класично инженерство за контролни системи
Модерно инженерство за контролни системи
Стабилно инженерство за контролни системи
Оптимално инженерство за контролни системи
Адаптивно инженерство за контролни системи
Нелинеарно инженерство за контролни системи
Теорија на игри
Класично инженерство за контролни системи
Системите обично се претставуваат со обични диференцијални равенки. Во класичното инженерство за контролни системи, овие равенки се трансформираат и се анализираат во трансформиран домен. Лапласова трансформација, Фуријеова трансформација и z-трансформација се примери. Овој метод најчесто се користи во системи со еден вход и еден излез (SISO).
Модерно инженерство за контролни системи
Во модерно инженерство за контролни системи, повисоките редови на диференцијални равенки се конвертираат во првиот ред диференцијални равенки. Овие равенки се решаваат многу слично на векторски метод. Со тоа, многу компликации кои се среќаваат при решавањето на повисоките редови на диференцијални равенки се решаваат.
Овие се применуваат во системи со повеќе входи и повеќе излези каде што анализа во фреквенцијски домен не е можна. Не-линеарностите со повеќе променливи се решаваат со модерни методологии. Вектори на просторот на состојби, собствени вредности и собствени вектори припаѓаат на оваа категорија. Променливите на состојба ги опишуваат входот, излезот и системските променливи.
