Kontrol injiniringi: Bu nima? (Va tarixi)
Nima kontroll injeneringi
Kontroll tizim injenerligi - bu kontroll nazariyasi asoslariga amal qiladigan tizimlarni ishlab chiqarish uchun mo'ljallangan inzhenerlik sohasidir. Bu sababli, kontroll injenerligi universitetlarda elektr tizim injenerligi bo'limida o'qitiladi, lekin bu interdisiplinar mavzu hisoblanadi.
Kontroll tizim injenerlari mekhanik, elektr, kimyo, metallurgiya, elektronika yoki pnevmatik elementlarning juda intigratsiyalanishidan iborat murakkab tizimlarni tahlil qiladi, ishlab chiqadi va optimallashtiradi. Shunday qilib, kontroll injenerligi odam va texnologik interfeysdan iborat aniq tizimlar bilan shug'ullanadi. Bu tizimlar umumiy ravishda kontroll tizimlari deb ataladi.
Kontroll tizim injenerligi tizimning javob berish tezligini, aniqlikni va barqarorligini yaxshilash maqsadida tahlil va dizayn qilishga qaratilgan.
Kontroll tizimlarning ikki usuli mavjud: klassik usullar va zamonaviy usullar. Tizimning matematik modeli birinchi qadam sifatida tuziladi, keyin tahlil, dizayn va sinov amalga oshiriladi. Barqarorlik uchun zarur shartlar tekshiriladi va nihoyatda optimallashtirish amalga oshiriladi.
Klassik usulda, matematik modelirovka adolat vaqti domenida, chastota domenida yoki kompleks domenida amalga oshiriladi. Tizimning bosqich javobini vaqt domenidagi differensial tahlillar orqali matematik model qilish orqali uning tortish vaqti, % qoldiq kabi parametrlar topiladi. Laplas transformasiya chastota domenida eng ko'p ishlatiladi, tizimning ochiq tsikl koeffitsientini, fazaniy marjini, chastotaniy diapazonini topish uchun. Transfer funksiyasi, Nyquist barqarorlik kriteriyi, ma'lumotlarni sampling qilish, Nyquist diagrammasi, poluslar va nollar, Bode diagrammalar, tizim kechikma va boshqalar klassik kontroll injenerligi sohasiga kiradi.
Zamonaviy kontroll injenerligi bir nechta kirish-bir nechta chiqish (MIMO) tizimlari, hol tillari yondashi, Eigen qiymatlar va vektorlar bilan shug'ullanadi. Murakkab oddiy differensial tenglamalarni transformatsiya qilish o'rniga, zamonaviy yondashuv yuqori tartibli tenglamalarni birinchi tartib differensial tenglamalarga aylantirib, vektor usulida hal qiladi.
Avtomatik kontroll tizimlari eng ko'p ishlatiladi, chunki ular manval kontroll talab qilmaydi. Kontroll qilingan o'zgaruvchi o'lchanib, belgilangan qiymat bilan solishtiriladi, natijada istalgan natija olinadi. Avtomatlashtirilgan tizimlar orqali kontroll qilish nihoyatda energiya yoki quvvat narxi, tizim jarayonining narxi kamayadi, unda sifat va produktivitet oshadi.
Kontroll tizimlari tarixi
Avtomatik kontroll tizimlari qadimgi madaniyatlar davridan ishlatilgani faraz qilinadi. Yevreklar va Arablar tomonidan III asrda muddatni aniq o'lchash uchun bir nechta suyuviy soatlarni ishlab chiqish va joriy etish amalga oshirildi. Amma birinchi avtomatik tizim 1788-yilda Watts Fly ball Governor deb hisoblanadi, bu tizim industriya inkoshunasiga boshlang'ich ta'sir qildi. Maxwell 1868-yilda Governorning matematik modelini tahlil qildi. 19-asrda Leonhard Euler, Pierre Simon Laplace va Joseph Fourier matematik model uchun turli usullarni ishlab chiqdilar. Ikkinchi tizim 1885-yilda Al Butzning Damper Flapper - termostat deb hisoblanadi. U IEE-Business nomiga o'zgartirilgan kompaniyani ishga tushirdi.
20-asr boshida kontroll injenerligi uchun altin davr deb ataladi. Bu davrda Bell laboratoriyasida Hendrik Wade Bode va Harry Nyquist tomonidan klassik kontroll usullari ishlab chiqildi. Minorsky, rus-amerika matematigi, gemalarni avtomatik yo'naltirish uchun kontroller ishlab chiqdi. 1920-yillarda u Integral va Derivativ kontroll konsepsiyasini taklif qildi. O'rtasida Nyquist va Evans barqarorlik konsepsiyasini oldindan qo'ydi. Oliver Heaviside kontroll tizimlarda transformatsiyalarni qo'lladi. Rudolf Kalman 1950-yillardan keyin klassik usullarning cheklovlari ustida yengilishi uchun zamonaviy kontroll usullarini ishlab chiqdi. PLC 1975-yilda ishga tushirildi.
Kontroll injenerligi turlari
Kontroll injenerligi foydalaniladigan turli metodologiyalarga qarab ajratiladi. Asosiy kontroll injenerligi turlari quyidagilardan iborat:
Klassik kontroll injenerligi
Zamonaviy kontroll injenerligi
Barqaror kontroll injenerligi
Optimal kontroll injenerligi
Adaptiv kontroll injenerligi
Chiziqli emas kontroll injenerligi
O'yin nazariyasi
Klassik kontroll injenerligi
Tizimlar adolat vaqti domenida oddiy differensial tenglamalar orqali ifodalangan. Klassik kontroll injenerligida, bu tenglamalar transformatsiya va analiz qilinadi. Laplas transformasiya, Fur'e transformasiya va z transformasiya misollaridir. Bu usul bir kirish-bir chiqish tizimlari (SISO) uchun eng ko'p ishlatiladi.
Zamonaviy kontroll injenerligi
Zamonaviy kontroll injenerligida, yuqori tartibli differensial tenglamalar birinchi tartib differensial tenglamalarga aylanadi. Bu tenglamalar vektor usuliga o'xshash holda hal qilinadi. Shunday qilib, yuqori tartibli differensial tenglamalarni hal qilishda paydo bo'lgan bir qancha muammolar hal qilinadi.
Bu bir nechta kirish-bir nechta chiqish tizimlarda, chastota domenida tahlil qilish mumkin emas bo'lgan holda qo'llaniladi. Bir nechta o'zgaruvchili chiziqli emasliklar zamonaviy metodologiyada hal qilinadi. Hol tillari vektorlari, Eigen qiymatlar va Eigen vektorlar bu toifaga kiradi. Hol tillari kirish, chiqish va tizim o'zgaruvchilarini ifodalaydi.
Barqaror kontroll injenerligi
Barqaror kontroll metodologiyasida, tizimning harakati parametrlar o'zgarishi bilan o'zgarishi izohlanadi. Bu optimallashtirish uchun yordam beradi, barqarorlik va ishlashni kengaytiradi, alternativ yechimlarni topishga imkoniyat beradi. Shunday qilib, barqaror kontrollda, maydon, ichki noto'g'riliklar, shum va xavflar tizimda xato paydo bo'lishini kamaytirish uchun hisobga olindi.
