Kontrollieren Sie Technik, oder Regelsystem-Technik ist die Technikdisziplin, die Steuerungstheorie anwendet, um Systeme mit gewünschten Handlungsweisen zu entwerfen. Die Praxis verwendet Sensoren, um die Produktionsleistung des Geräts zu messen, das wird kontrolliert (häufig ein Fahrzeug), und jene Maße können verwendet werden, um Feed-Back den Eingangsauslösern zu geben, die zur gewünschten Leistung ausbessern können. Wenn ein Gerät entworfen wird, um ohne das Bedürfnis nach menschlichen Eingängen für die Korrektur zu leisten, wird es automatische Kontrolle (wie Temporegler genannt, für eine Geschwindigkeit eines Autos zu regeln). Multidisziplinär in der Natur konzentrieren sich Regelsystem-Techniktätigkeiten auf Durchführung von Regelsystemen, die hauptsächlich durch das mathematische Modellieren von Systemen einer verschiedenen Reihe abgeleitet sind.

Übersicht

Moderne Tageskontrolltechnik (auch genannt Regelsystem-Technik) ist ein relativ neues Studienfach, das eine bedeutende Aufmerksamkeit während des 20. Jahrhunderts mit der Förderung in der Technologie gewonnen hat. Es kann als praktische Anwendung der Steuerungstheorie weit gehend definiert werden. Kontrolltechnik hat eine wesentliche Rolle in einer breiten Reihe von Regelsystemen von einfachen Haushaltswaschmaschinen bis F-16 Hochleistungskampfflugzeug. Es bemüht sich, physische Systeme, mit dem mathematischen Modellieren, in Bezug auf Eingänge, Produktionen und verschiedene Bestandteile mit verschiedenen Handlungsweisen zu verstehen; verwenden Sie Regelsystem-Designwerkzeuge, um Kontrolleure für jene Systeme zu entwickeln; und führen Sie Kontrolleure in physischen Systemen durch, die verfügbare Technologie verwenden. Ein System kann mechanisch, elektrisch, flüssig, chemisch, finanziell und sogar, und das mathematische Modellieren biologisch sein, Analyse- und Kontrolleur-Design verwendet Steuerungstheorie in einer oder mehreren der Zeit, Frequenz und komplizierten-s Gebiete abhängig von der Natur des Designproblems.

Geschichte

Automatische Regelsysteme wurden zuerst vor mehr als zweitausend Jahren entwickelt. Wie man denkt, ist das erste Feed-Back-Kontrollgerät in den Akten die Wasseruhr des alten Ktesibios in Alexandria, Ägypten um das dritte Jahrhundert B.C. Es hat Zeit durch die Regulierung des Wasserspiegels in einem Behälter und, deshalb, der Wasserfluss von diesem Behälter behalten. Das war sicher ein erfolgreiches Gerät, weil Wasseruhren des ähnlichen Designs noch in Bagdad gemacht wurden, als die Mongolen die Stadt 1258 n. Chr. gewonnen haben. Eine Vielfalt von automatischen Geräten ist im Laufe der Jahrhunderte verwendet worden, um nützliche Aufgaben zu vollbringen oder einfach gerade Gäste zu haben. Der Letztere schließt die Automaten ein, die in Europa in den 17. und 18. Jahrhunderten populär sind, tanzende Zahlen zeigend, die dieselbe Aufgabe immer wieder wiederholen würden; diese Automaten sind Beispiele der Kontrolle der offenen Schleife. Meilensteine unter dem Feed-Back oder "geschlossener Regelkreis" automatische Kontrollgeräte, schließen den Temperaturgangregler eines Brennofens ein, der Drebbel, um 1620 und den flyball Schleudergouverneur zugeschrieben ist, der verwendet ist, für die Geschwindigkeit von Dampfmaschinen durch James Watt 1788 zu regeln.

In seiner 1868-Zeitung "Auf Gouverneuren" ist J. C. Maxwell (wer den Maxwell elektromagnetische Feldgleichungen entdeckt hat) im Stande gewesen, Instabilitäten zu erklären, die vom flyball Gouverneur ausgestellt sind, der Differenzialgleichungen verwendet, um das Regelsystem zu beschreiben. Das hat die Wichtigkeit und Nützlichkeit von mathematischen Modellen und Methoden im Verstehen komplizierter Phänomene demonstriert, und hat dem Anfang der mathematischen Kontrolle und Systemtheorie Zeichen gegeben. Elemente der Steuerungstheorie waren früher, aber nicht so drastisch und überzeugend erschienen wie in der Analyse von Maxwell.

Steuerungstheorie hat bedeutende Schritte in den nächsten 100 Jahren gemacht. Neue mathematische Techniken haben es möglich gemacht, genauer, bedeutsam kompliziertere dynamische Systeme zu kontrollieren, als der ursprüngliche flyball Gouverneur. Diese Techniken schließen Entwicklungen in die optimale Kontrolle in den 1950er Jahren und 1960er Jahren, gefolgt vom Fortschritt in stochastischen, robusten, anpassungsfähigen und optimalen Kontrollmethoden in den 1970er Jahren und 1980er Jahren ein. Anwendungen der Kontrollmethodik haben geholfen, mögliche Raumfahrt- und Nachrichtensatelliten, sichereres und effizienteres Flugzeug, sauberere Auto-Motoren, sauberere und effizientere chemische Prozesse zu machen, um nur einige zu erwähnen.

Bevor es als eine einzigartige Disziplin erschienen ist, wurde Kontrolltechnik als ein Teil des Maschinenbaus geübt, und Steuerungstheorie wurde als ein Teil der Elektrotechnik studiert, da elektrische Stromkreise häufig mit Steuerungstheorie-Techniken leicht beschrieben werden können. In den allerersten Kontrollbeziehungen wurde eine aktuelle Produktion mit einem Stromspannungskontrolleingang vertreten. Jedoch, richtige Technologie nicht habend, um elektrische Regelsysteme durchzuführen, sind Entwerfer mit der Auswahl von weniger effizienten und langsamen antwortenden mechanischen Systemen abgereist. Ein sehr wirksamer mechanischer Kontrolleur, der noch in einigen Wasserdruckprüfungswerken weit verwendet wird, ist der Gouverneur. Später, vor der modernen Macht-Elektronik, wurden Prozessleittechner für Industrieanwendungen von mechanischen Ingenieuren ausgedacht, die pneumatische und hydraulische Kontrollgeräte verwenden, von denen viele noch im Gebrauch heute sind.

Steuerungstheorie

Es gibt zwei Hauptabteilungen in der Steuerungstheorie, nämlich, klassisch und modern, die direkte Implikationen über die Kontrolltechnikanwendungen haben. Das Spielraum der klassischen Steuerungstheorie wird auf den einzelnen Eingang und die einzelne Produktion (SISO) Systemdesign beschränkt. Die Systemanalyse wird im Zeitabschnitt mit Differenzialgleichungen ausgeführt, im komplizierten-s Gebiet mit Laplace verwandeln sich oder im Frequenzgebiet durch das Umwandeln vom komplizierten-s Gebiet. Wie man annimmt, sind alle Systeme die zweite Ordnung und einzelne Variable, und höherwertige Systemantworten und mehrvariable Effekten werden ignoriert. Ein Kontrolleur hat entwickelt verwendende klassische Theorie verlangt gewöhnlich vor Ort Einstimmung wegen Designannäherungen. Und doch, wegen der leichteren physischen Durchführung von klassischen Kontrolleur-Designs verglichen mit Systemen das bestimmte Verwenden moderner Steuerungstheorie, werden diese Kontrolleure in den meisten Industrieanwendungen bevorzugt. Die allgemeinsten Kontrolleure haben entwickelt verwendende klassische Steuerungstheorie sind PID Kontrolleure.

Im Gegensatz wird moderne Steuerungstheorie im Zustandraum ausgeführt, und kann sich mit Mehreingang und Mehrproduktion (MIMO) Systeme befassen. Das überwindet die Beschränkungen der klassischen Steuerungstheorie in hoch entwickelteren Designproblemen wie Kampfflugzeug-Kontrolle. Im modernen Design wird ein System als die eine Reihe ersten definierten Ordnungsdifferenzialgleichungen mit Zustandsgrößen vertreten. Nichtlineare, mehrvariable, anpassungsfähige und robuste Steuerungstheorien kommen unter dieser Abteilung. Ziemlich neue, moderne Steuerungstheorie zu sein, hat viele Gebiete noch, um erforscht zu werden. Gelehrte wie Rudolf E. Kalman und Aleksandr Lyapunov sind unter den Leuten wohl bekannt, die moderne Steuerungstheorie gestaltet haben.

Regelsysteme

Kontrolltechnik ist die Technikdisziplin, die sich auf das Modellieren einer verschiedenen Reihe von dynamischen Systemen (z.B mechanische Systeme) und das Design von Kontrolleuren konzentriert, die diese Systeme veranlassen werden, sich auf die gewünschte Weise zu benehmen. Obwohl solche Kontrolleure nicht elektrisch zu sein brauchen, sind viele und kontrollieren folglich Technik wird häufig als ein Teilfeld der Elektrotechnik angesehen. Jedoch macht der fallende Preis von Mikroprozessoren die wirkliche Durchführung eines Regelsystems im Wesentlichen trivial. Infolgedessen bewegt sich Fokus zurück zur Maschinenbau-Disziplin, weil vertraute Kenntnisse des physischen Systems, das wird kontrolliert, häufig gewünscht werden.

Elektrische Stromkreise, Digitalsignalverarbeiter und Mikrokontrolleure können alle verwendet werden, um Regelsysteme durchzuführen. Kontrolltechnik hat eine breite Reihe von Anwendungen vom Flug und den Antrieb-Systemen von kommerziellen Verkehrsflugzeugen zur Temporegler-Gegenwart in vielen modernen Automobilen.

In den meisten Fällen verwerten Kontrollingenieure Feed-Back, wenn sie Regelsysteme entwerfen. Das wird häufig mit einem PID Kontrolleur-System vollbracht. Zum Beispiel in einem Automobil mit dem Temporegler wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs unaufhörlich kontrolliert und hat zurück zum System gefressen, das das Drehmoment des Motors entsprechend anpasst. Wo es regelmäßiges Feed-Back gibt, kann Steuerungstheorie verwendet werden, um zu bestimmen, wie das System auf solches Feed-Back antwortet. In praktisch der ganzen Systemstabilität ist wichtig, und Steuerungstheorie kann helfen sicherzustellen, dass Stabilität erreicht wird.

Obwohl Feed-Back ein wichtiger Aspekt der Kontrolltechnik ist, können Kontrollingenieure auch an der Kontrolle von Systemen ohne Feed-Back arbeiten. Das ist als offene Schleife-Kontrolle bekannt. Ein klassisches Beispiel der offenen Schleife-Kontrolle ist eine Waschmaschine, die einen vorher bestimmten Zyklus ohne den Gebrauch von Sensoren durchbohrt.

Kontrollieren Sie Technikausbildung

An vielen Universitäten werden Technikkurse der Kontrolle in Elektrischer und Elektronischer Technik, Mechatronics Technik, Maschinenbau und Raumfahrttechnik unterrichtet; in anderen wird es mit der Informatik verbunden, so werden die meisten Kontrolltechniken heute durch Computer häufig durchgeführt wie eingebettete Systeme (als im Automobilfeld). Das Feld der Kontrolle innerhalb der chemischen Technik ist häufig als Prozesssteuerung bekannt. Es befasst sich in erster Linie mit der Kontrolle von Variablen in einem chemischen Prozess in einem Werk. Es wird als ein Teil des Studentenlehrplans jedes chemischen Technikprogramms unterrichtet, und verwendet viele derselben Grundsätze in der Kontrolltechnik. Andere Technikdisziplinen überlappen auch mit der Kontrolltechnik, weil sie auf jedes System angewandt werden kann, für das ein passendes Modell abgeleitet werden kann.

Kontrolltechnik hat Anwendungen variiert, die Wissenschaft einschließen, Management und sogar menschliches Verhalten finanzieren. Studenten der Kontrolltechnik können mit einem geradlinigen Regelsystem-Kurs anfangen, der sich mit der Zeit und dem komplizierten-s Gebiet befasst, das einen gründlichen Hintergrund in der elementaren Mathematik verlangt und sich Laplace verwandeln (hat klassische Steuerungstheorie genannt). In der geradlinigen Kontrolle tut der Student Frequenz und Zeitabschnitt-Analyse. Digitalkontrolle und nichtlineare Kontrollkurse verlangen z Transformation und Algebra beziehungsweise und konnten gesagt werden, eine grundlegende Kontrollausbildung zu vollenden. Von hier vorwärts gibt es mehrere U-Boot-Zweige.

Neue Förderung

Ursprünglich war Kontrolltechnik alles über dauernde Systeme. Die Entwicklung von Computerkontrollwerkzeugen hat eine Voraussetzung der getrennten Regelsystem-Technik aufgestellt, weil die Kommunikationen zwischen dem computergestützten Digitalkontrolleur und dem physischen System durch eine Computeruhr geregelt werden. Die Entsprechung zu Laplace verwandelt sich im getrennten Gebiet ist der z-transform. Heute sind viele der Regelsysteme kontrollierter Computer, und sie bestehen sowohl aus digitalen als auch aus analogen Bestandteilen.

Deshalb in der Designbühne werden entweder Digitalbestandteile ins dauernde Gebiet kartografisch dargestellt, und das Design wird im dauernden Gebiet ausgeführt, oder analoge Bestandteile werden in zum getrennten Gebiet kartografisch dargestellt, und Design wird dort getragen. Auf die erste von diesen zwei Methoden wird in der Praxis allgemeiner gestoßen, weil viele Industriesysteme viele dauernde Systembestandteile einschließlich mechanischer, flüssiger, biologischer und analoger elektrischer Bestandteile mit einigen Digitalkontrolleuren haben.

Ähnlich ist die Designtechnik vom gestützten manuellen Design von Papier-Und-Lineal bis computergestütztes Design, und jetzt zum computerautomatisierten Design (CAutoD) fortgeschritten, der möglich durch die Entwicklungsberechnung gemacht worden ist. CAutoD kann nicht nur auf die Einstimmung eines vorherbestimmten Kontrollschemas, sondern auch auf die Kontrolleur-Struktur-Optimierung, Systemidentifizierung und Erfindung von neuartigen Regelsystemen, gestützt rein auf einer Leistungsvoraussetzung angewandt werden, die jedes spezifischen Kontrollschemas unabhängig ist.

Siehe auch

• Anpassungsfähige Kontrolle
• Fortgeschrittene Prozesssteuerung
• Gebäude der Automation
• Mitwirkende Diagramm-Methode
• Computerautomatisiertes Design (CAutoD, CAutoCSD)
• Kontrollwiederkonfiguration
• Steuerungstheorie
• Feed-Back
• H Unendlichkeit
• Intelligente Kontrolle
• Laplace gestalten um
• Liste von Kontrolltechnikthemen
• Prophetische Musterkontrolle
• Nichtlineare Kontrolle
• Optimale Kontrolle
• PID Kontrolleur
• Macht-Bratrost-Optimierung und komplizierte Systeme
• Prozesssteuerung
• Quantitative Feed-Back-Theorie
• Einrad von Robotic
• Robuste Kontrolle
• Servosystem
• Staatsraum
• Prüfung des Kontrolleurs
• VisSim
• Kontrollieren Sie Technik (Zeitschrift)
• EICASLAB

Literatur

Links

• Kontrolllaboratorien weltweiter
• Michigan chemische Technikprozess-Dynamik und Steuerungen offenes Lehrbuch