You are currently viewing هندسة التحكم

هندسة التحكم

هندسة السيطرة أو هندسة التحكم أحد فروع الهندسة المبنية على النماذج الرياضية للظواهر المتعددة وتحليل الأداء الديناميكى لهذه الظواهر باستخدام نظرية التحكم لخلق متحكمات قادرة على جعل هذه الأنظمة تعمل بطريقة معينة،

للحصول على نظم التحكم، يتم استخدام تطبيقات الدوائر الكهربية ومعالجات الإشارات الرقمية والمتحكمات الصغيرة، بالإضافة إلى أجهزة الاستشعار والأجهزة المتعلقة بتنفيذ عملية التحكم،

يوجد لهندسة التحكم تطبيقات كثيرة بدءا من علوم الطيران إلى نظم تحكم الرحلة الموجودة في الكثير من السيارات الحديثة،

نظرة عامة

هندسة التحكم أو هندسة نظم التحكم وتعد أحد الحقول الدراسية الجديدة نسبيا والتي اكتسبت اهتمام كبير في القرن العشرين خلال التقدم التكنولوجي، وبشكل أوسع يمكن تعريف أنها التطبيق العملي لنظرية التحكم، وتلعب دور أساسى في مجال واسع في تصميم الأجهزة والأنظمة في جميع المجالات إبتداء بآلات الغسيل المنزلية البسيطة مرورا بالطائرات المقاتلة ووصولا إلى الصواريخ والمركبات الفضائية،

تاريخ هندسة التحكم

تعود نشأة هذا العلم إلى قرون عديدة فأي آلة أو نظام يحتاج إلى منظومة مهما كانت بسيطة أو معقدة للتحكم به، ويمكننا إرجاع أول نظام تحكم آلي لأكثر من ألفي سنة حيث يعتقد بأن الساعة المائية في الإسكندرية كانت إحدى أقدم الأجهزة في التاريخ التي تعبر بشكل أو بآخر عن هذه الهندسة، وفي القرنين السابع عشر والثامن عشر ظهرت أجهزة تحكم آلية مثل جهاز تنظيم درجة حرارة الفرن والأنظمة المستخدمة لتنظيم سرعة المحركات البخارية من قبل جيمس وات عام 1788م،

وفي عام 1868 ومن خلال ماكسويل الذي أوجد معادلاته الشهيرة في المجال الكهرومغناطيسي كان له دور كبير على إثبات أهمية وفائدة نمذجة الظواهر المعقدة بمعادلات وعبارات رياضية، ومبادئ نظرية التحكم قد ظهرت في وقت سابق ولكن ليس بالحد المقنع كما هو الحال في تحليل ماكسويل، قدمت نظرية التحكم خطوات جيدة في ال 100 عام الماضية، وأوجدت تقنيات رياضية جديدة تمكننا من السيطرة بطريقة أكثر دقة، هذه التقنيات تشمل التطورات في التحكم الأمثل في خمسينات القرن الماضي والتقدم في طرق التكيف في السبيعنات والثمانينات،

وساعدت تطبيقات نظرية التحكم في جعل إمكانية السفر عبر الفضاء والإتصالات عبر الأقمار الصناعية أكثر أمن واستقرار، كما ساهمت في زيادة كفاءة المحركات وتقليل أضرارها وذلك على سبيل المثال لا الحصر، وقبل أن تظهر هذه الهندسة كإختصاص فريد من نوعه كان يدرس كجزء من الهندسة الميكانيكية، ونظرية التحكم كجزء من الهندسة الكهربائية حيث كانت تقتصر على المبادئ البسيطة في التحكم بالجهد الكهربائي أما في الهندسة الميكانيكية فكان دورها بالتحكم بالضغوط الهيدوليكية وهذه المبادئ ماتزال مستخدمة إلى يومنا هذا،

نظرية التحكم

تنقسم نظرية التحكم بشكل أساسي إلى قسمين، الكلاسيكي والحديث، والتي لها آثار مباشرة على تطبيقات هندسة نظم التحكم، ويقتصر نطاق نظرية التحكم الكلاسيكية على دخل مفرد وخرج مفرد أو ما يسمى (SISO)، تحليل النظام يتم في المجال الزمني ب معادلات تفاضلية في المجال العقدي وب تحويل لابلاس ، أو في المجال الترددي بالتحويل من المجال العقدي،
التحكم المصمم باستخدام النظرية الكلاسيكية يتطلب ضبط في الموقع لتصحيح تقريبات التصميم ونظرا لسهولة تصميم المتحكم بإستخدام النظرية الكلاسيكية بالمقارنة مع النظرية الحديثة فيتم استخدامه في معظم التطبيقات الصناعية، أشهر المتحكمات المصممة باستخدام نظرية التحكم  المتحكم من نوع PID ، في المقابل نظرية التحكم الحديثة في فضاء محدد وتتعامل مع أنظمة متعددة الدخل متعددة الخرج (MIMO) هذا يتغلب على القيود المفروضة على نظرية التحكم الكلاسيكية في مشاكل تصميم أكثر تعقيدا، مثل التحكم في الطائرات المقاتلة،

 

اترك رد