| Kontrollteknikk | ||
|---|---|---|
| automatikk | ||
|
Forvaltning av den elektriske CAD Eplan P8 | ||
| kunnskapsområder | kontrollteori ; automatisering : systemteori ; systematiske elementer og industrielle kontrollsystemer | |
| omfang | Industriell kontroll av maskineri og prosesser | |
| delområde av | Systemteknikk . | |
Kontrollteknikk er ingeniørdisiplinen som bruker kontrollteori for å designe, planlegge og utvikle enheter og systemer med ønsket oppførsel. Praksisen krever bruk av inngangssensorer og aktuatorer for å gjøre endringer i utgangsresponsen. Kontrollteknikk fokuserer hovedsakelig på implementering av kontrollsystemer basert på matematisk modellering .
Fra sin opprinnelse handlet den om automatisering og automatisk kontroll av industrielle systemer, uten direkte menneskelig innblanding. Felt som prosesskontroll, kontroll av elektromekaniske systemer, overvåking og justering av kontrollere og andre hvor teorier og teknikker brukes, blant annet kan vi trekke frem: Optimal kontroll , prediktiv kontroll , robust kontroll og ikke-lineær kontroll blant annet, alle med verk og svært forskjellige applikasjoner (grunnforskning, anvendt forskning, militær, industriell, kommersiell, etc.), som har gjort kontrollteknikk til et viktig vitenskapelig og teknologisk emne i dag.
Automatikk er et tverrfaglig område som omhandler konstruksjon og utvikling av automater , industrimaskiner og andre automatiske prosesser.
Automatisk prosjektering omhandler automatisering av tekniske prosesser på følgende områder:
Innenfor automatikk er blant annet følgende underdisipliner:
Design, implementering og idriftsettelse av automatiske systemer er en svært metodisk prosess. Disse automatiske ingeniørmetodene er delvis delt inn i moderne ingeniørprosesser. (automatisering fra engelsk automotivation) I dag er elektronikkteknikk en integrert del av Control Engineering. Nesten alle automatiske systemer fungerer ved hjelp av elektronikk, og etterlater mekanisk baserte automatiske systemer i bakgrunnen. På den annen side blir digitale systemer stadig viktigere på dette området, spesielt mikroprosessorer og digital-til-analog (D/A) samt analog-til-digital (A/D) omformere. [ 1 ]
De fleste av de generelle kontrolltekniske metodene er basert på bruk av analytiske modeller av prosessen som skal studeres, oppnådd teoretisk eller eksperimentelt . Fra disse modellene kan vitenskapelige metoder brukes for å få kontrollsystemer for dem. Denne delen av automatiseringen er av stor betydning, med følgende metoder:
Med disse metodene kan intelligente systemer designes med regulatorer basert på selvoppdaterende modeller og med feilkontroll, som kan ta avgjørelser basert på informasjonen de innhenter gjennom sine sensorer. De er også av stor betydning innen mekatronikk og brukes også i digital styring av roboter, verktøymaskiner, motorer, biler og pneumatiske og hydrauliske systemer.
Kontroll er et ingeniørområde og er en del av Control Engineering. Den fokuserer på kontroll av dynamiske systemer gjennom tilbakemeldingsprinsippet, for å sikre at utgangene deres er så nært som mulig en forhåndsdefinert atferd. Denne grenen av ingeniørfaget bruker metodene for matematisk systemteori som verktøy.
Grunnlaget for denne ingeniørkunsten ble lagt på midten av det tjuende århundre fra kybernetikk . Hovedbidragene tilsvarer Norbert Wiener , Rudolf Kalman og David G. Luenberger .
Kontrollteknikk er en tverrfaglig vitenskap knyttet til mange andre felt, hovedsakelig matematikk og informatikk . Bruksområdene er svært varierte: fra produksjonsteknologi , medisinsk instrumentering, elektrisk transformatorstasjon , prosessteknikk , robotikk til økonomi og sosiologi . Typiske bruksområder er for eksempel autopilot av fly og skip og ABS for biler. Tilbakemeldingskontrollsystemer kan også finnes i biologi , for eksempel menneskelig tale, der øret fanger opp stemmen selv for å regulere den.
Temperaturkontroll i et rom er et tydelig og typisk eksempel på en reguleringsteknisk applikasjon. Målet er å holde temperaturen i et rom på en ønsket verdi, selv om åpning av dører og vinduer og temperaturen ute gjør at mengden varme som går tapt av rommet kan variere (ytre forstyrrelser). For å nå målet må varmesystemet modifiseres for å kompensere for disse forstyrrelsene. Dette gjøres gjennom termostaten, som måler gjeldende temperatur og ønsket temperatur, og modifiserer temperaturen på vannet i varmesystemet for å redusere forskjellen mellom de to temperaturene.
Moderne reguleringsteknikk er nært knyttet til elektrisk og elektronisk teknikk , ettersom elektroniske kretser enkelt kan modelleres ved hjelp av kontrollteoretiske teknikker . På mange universiteter undervises vanligvis kontrollingeniørkurs av Fakultet for elektroteknikk. Før moderne elektronikk ble prosesskontrollenheter designet av maskinteknikk , som inkluderte enheter som cams sammen med pneumatiske og hydrauliske enheter . Noen av disse mekaniske enhetene brukes fortsatt i dag i kombinasjon med moderne elektroniske enheter.
Kontrollen som brukes i industrien er kjent som prosesskontroll . Den omhandler fremfor alt styring av variabler som temperatur , trykk , strømningshastighet , etc, i en kjemisk prosess i et anlegg. Det er inkludert som en del av læreplanen for ethvert kjemiingeniørprogram . Den bruker mange av prinsippene for kontrollteknikk. Kontrollteknikk er et veldig bredt område, og enhver ingeniør kan bruke de samme prinsippene og teknikkene som den bruker.
Kontrollteknikk har diversifisert seg i en slik grad at den i dag brukes selv i felt som biologi, finans og til og med menneskelig atferd .
Kontrollingeniørstudenten begynner kurset med såkalte lineære reguleringssystemer som krever bruk av elementær matematikk og Laplace-transformen (kalt klassisk reguleringsteori). I lineær styring analyserer studenten systemer i frekvens- og tidsdomenene, mens ikke-lineære systemer og digital styring krever bruk av henholdsvis lineær algebra og Z-transformen . Herfra er det flere sekundære grener.
Kontrollteknikk er en disiplin som fokuserer på matematisk modellering av et mangfold av dynamiske systemer og utformingen av kontrollere som vil få disse systemene til å oppføre seg på ønsket måte. Selv om slike kontrollere ikke nødvendigvis er elektroniske, og derfor er kontrollteknikk ofte et underfelt av annen ingeniørfag som mekanikk .
Enheter som elektriske kretser , digitale prosessorer og mikrokontrollere er mye brukt i alle moderne kontrollsystemer . Kontrollteknikk har et bredt spekter av bruksområder innen områder som fly- og fremdriftssystemene til passasjerfly , militærfly , i romkappløpet og i det siste i bilindustrien .
Målet med automatisk kontroll er å kunne styre med en eller flere innganger (eller referanse), en eller flere utganger fra et anlegg eller system. For å gjøre dette er den mest primitive ideen å plassere mellom referansen og anlegget, en kontroller som er det motsatte av overføringsfunksjonen til anlegget, på en slik måte at overføringsfunksjonen til hele systemet (anlegget pluss kontrolleren), er lik én; dermed oppnå at utgangen er lik inngangen; denne første ideen kalles åpen sløyfekontroll. Et klassisk eksempel på åpen sløyfekontroll er en vaskemaskin som går gjennom en forhåndsbestemt syklus uten bruk av sensorer .
Ulempene med åpen sløyfekontroll er:
-Anlegget er aldri kjent, på det meste kan en omtrentlig modell være kjent, så den perfekte inverse kan ikke oppnås.
-Kan ikke brukes til å kontrollere ustabile planter.
-Kompenserer ikke forstyrrelser i systemet.
-Hvis anlegget har en relativ grad større enn null, kan det ikke opprettes en kontroller for å invertere den, siden en overføringsfunksjon med grad mindre enn null ikke kan lages.
-Det er umulig å invertere en plante perfekt hvis den har forsinkelser, siden dens inverse ville være et fremskritt i tid (den bør ha evnen til å forutsi fremtiden).
En mer avansert idé, og mer utbredt implementert, er konseptet tilbakemelding eller refeeding , der målingen av systemets utgang brukes, som en annen inngang av det samme, på en slik måte at en kontroller kan utformes som justerer ytelsen for å variere utgangen og bringe den til ønsket verdi. For eksempel utfører menneskekroppen tilbakemeldingskontroll for å opprettholde homeostase , den har sensorer for hvert element i kroppen, og hvis en unormal mengde oppdages, har kroppen systemer for å kompensere (disse systemene vil være kontrolleren), som produserer en handling ( stenger ventiler, produserer mer substans osv.) til sensorene forteller kroppen at likevekt er nådd; et annet eksempel: i en bil med cruisekontroll registreres hastigheten og føres kontinuerlig tilbake til systemet som justerer motorhastigheten ved å tilføre drivstoff til den, i dette siste tilfellet vil utgangen av systemet være motorhastigheten, kontrolleren vil være systemet som bestemmer hvor mye drivstoff som skal fylles i henhold til hastigheten og handlingen vil være mengden drivstoff som tilføres.
Fordelene med tilbakemeldingskontroll er:
-Kan kontrollere ustabile systemer
-Kan kompensere for forstyrrelser
-Kan styre systemer selv om de har modelleringsfeil
Ulemper:
-Bruken av sensorer gjør kontrollen dyrere (i form av penger)
-Problemet med støy introduseres ved målingen