नियंत्रण इंजीनियरिंग

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अंतरिक्ष उड़ान में नियंत्रण प्रणालियाँ महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं।

नियंत्रण अभियांत्रिकी या नियंत्रण प्रणाली इंजीनियरिंग एक इंजीनियरिंग अनुशासन है जो नियंत्रण प्रणालियों से संबंधित है, नियंत्रण वातावरण में वांछित व्यवहार के साथ उपकरण और प्रणालियों को डिजाइन करने के लिए नियंत्रण सिद्धांत लागू करता है।[1] नियंत्रण का अनुशासन ओवरलैप होता है और आमतौर पर इसे दुनिया भर के कई संस्थानों में विद्युत अभियन्त्रण और मैकेनिकल इंजीनियरिंग के साथ पढ़ाया जाता है।[1]

नियंत्रित की जा रही प्रक्रिया के आउटपुट प्रदर्शन को मापने के लिए अभ्यास सेंसर और डिटेक्टरों का उपयोग करता है; इन मापों का उपयोग वांछित प्रदर्शन प्राप्त करने में मदद करने के लिए सुधारात्मक प्रतिक्रिया प्रदान करने के लिए किया जाता है। मानव इनपुट की आवश्यकता के बिना प्रदर्शन करने के लिए डिज़ाइन किए गए सिस्टम को स्वचालित नियंत्रण सिस्टम कहा जाता है (जैसे कार की गति को नियंत्रित करने के लिए क्रूज़ नियंत्रण)। प्रकृति में बहु-विषयक, नियंत्रण प्रणाली इंजीनियरिंग गतिविधियाँ मुख्य रूप से विभिन्न प्रकार की प्रणालियों के गणितीय मॉडलिंग द्वारा प्राप्त नियंत्रण प्रणालियों के कार्यान्वयन पर ध्यान केंद्रित करती हैं।[2]


अवलोकन

आधुनिक समय की नियंत्रण इंजीनियरिंग अध्ययन का एक अपेक्षाकृत नया क्षेत्र है जिसने 20वीं शताब्दी के दौरान प्रौद्योगिकी की प्रगति के साथ महत्वपूर्ण ध्यान आकर्षित किया। इसे मोटे तौर पर नियंत्रण सिद्धांत के व्यावहारिक अनुप्रयोग के रूप में परिभाषित या वर्गीकृत किया जा सकता है। नियंत्रण इंजीनियरिंग साधारण घरेलू वाशिंग मशीनों से लेकर उच्च प्रदर्शन वाले [[लड़ाकू विमान]]ों तक, नियंत्रण प्रणालियों की एक विस्तृत श्रृंखला में एक आवश्यक भूमिका निभाती है। यह इनपुट, आउटपुट और विभिन्न व्यवहारों वाले विभिन्न घटकों के संदर्भ में गणितीय मॉडलिंग का उपयोग करके भौतिक प्रणालियों को समझने का प्रयास करता है; उन प्रणालियों के लिए नियंत्रक (नियंत्रण सिद्धांत) विकसित करने के लिए नियंत्रण प्रणाली डिज़ाइन टूल का उपयोग करना; और उपलब्ध प्रौद्योगिकी का उपयोग करके भौतिक प्रणालियों में नियंत्रकों को लागू करना। एक नियंत्रण प्रणाली मैकेनिकल इंजीनियरिंग, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग, द्रव, रसायन, वित्तीय नियंत्रण या जीवविज्ञान हो सकती है, और इसके गणितीय मॉडलिंग, विश्लेषण और नियंत्रक डिजाइन समय क्षेत्र , आवृत्ति डोमेन और एस डोमेन | कॉम्प्लेक्स-एस में से एक या कई में नियंत्रण सिद्धांत का उपयोग करते हैं। डोमेन, डिज़ाइन समस्या की प्रकृति पर निर्भर करता है।

नियंत्रण इंजीनियरिंग एक इंजीनियरिंग अनुशासन है जो विभिन्न प्रकार की गतिशील प्रणालियों (जैसे यांत्रिकी प्रणाली) के गणितीय मॉडल और नियंत्रक (नियंत्रण सिद्धांत) के डिजाइन पर केंद्रित है जो इन प्रणालियों को वांछित तरीके से व्यवहार करने का कारण बनेगा। हालाँकि ऐसे नियंत्रकों को इलेक्ट्रिकल होने की आवश्यकता नहीं है, लेकिन कई नियंत्रक हैं और इसलिए नियंत्रण इंजीनियरिंग को अक्सर इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के एक उपक्षेत्र के रूप में देखा जाता है।

विद्युत सर्किट, डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर और microcontroller सभी का उपयोग नियंत्रण प्रणालियों को लागू करने के लिए किया जा सकता है। नियंत्रण इंजीनियरिंग में एयरलाइनर की उड़ान और प्रणोदन प्रणाली से लेकर कई आधुनिक ऑटोमोबाइल में मौजूद क्रूज़ नियंत्रण तक अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है।

ज्यादातर मामलों में, नियंत्रण इंजीनियर नियंत्रण प्रणाली डिजाइन करते समय फीडबैक का उपयोग करते हैं। यह अक्सर पीआईडी ​​नियंत्रक प्रणाली का उपयोग करके पूरा किया जाता है। उदाहरण के लिए, क्रूज़ नियंत्रण वाले ऑटोमोबाइल में वाहन की गति की लगातार निगरानी की जाती है और उसे सिस्टम में वापस भेज दिया जाता है, जो आंतरिक दहन इंजन | मोटर के टॉर्कः को तदनुसार समायोजित करता है। जहां नियमित फीडबैक होता है, नियंत्रण सिद्धांत का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है कि सिस्टम ऐसी फीडबैक पर कैसे प्रतिक्रिया देता है। व्यावहारिक रूप से ऐसी सभी प्रणालियों में स्थिरता सिद्धांत महत्वपूर्ण है और नियंत्रण सिद्धांत यह सुनिश्चित करने में मदद कर सकता है कि स्थिरता प्राप्त की जाए।

हालाँकि फीडबैक नियंत्रण इंजीनियरिंग का एक महत्वपूर्ण पहलू है, नियंत्रण इंजीनियर फीडबैक के बिना भी सिस्टम के नियंत्रण पर काम कर सकते हैं। इसे ओपन लूप नियंत्रण के रूप में जाना जाता है। ओपन लूप नियंत्रण का एक उत्कृष्ट उदाहरण एक वॉशिंग मशीन है जो सेंसर के उपयोग के बिना पूर्व-निर्धारित चक्र के माध्यम से चलती है।

इतिहास

See also: Control systems § History
अंशांकन स्तंभों का नियंत्रण अधिक चुनौतीपूर्ण अनुप्रयोगों में से एक है।

स्वचालित नियंत्रण प्रणाली पहली बार दो हज़ार साल पहले विकसित की गई थी। रिकॉर्ड पर पहला फीडबैक नियंत्रण उपकरण तीसरी शताब्दी ईसा पूर्व के आसपास मिस्र के सिकंदरिया में प्राचीन सीटीसिवियस की जल घड़ी माना जाता है। यह एक बर्तन में पानी के स्तर को नियंत्रित करके समय रखता है और, परिणामस्वरूप, उस बर्तन से पानी का प्रवाह नियंत्रित करता है। यह निश्चित रूप से एक सफल उपकरण था क्योंकि 1258 ईस्वी में जब मंगोलों ने बगदाद शहर की घेराबंदी की थी (1258) तब भी बगदाद में इसी तरह की डिज़ाइन की पानी की घड़ियाँ बनाई जा रही थीं। उपयोगी कार्यों को पूरा करने के लिए या केवल मनोरंजन के लिए सदियों से विभिन्न प्रकार के स्वचालित उपकरणों का उपयोग किया जाता रहा है। उत्तरार्द्ध में 17वीं और 18वीं शताब्दी में यूरोप में लोकप्रिय ऑटोमेटा शामिल है, जिसमें नृत्य करने वाली आकृतियाँ शामिल हैं जो एक ही कार्य को बार-बार दोहराती हैं; ये ऑटोमेटा ओपन-लूप नियंत्रण के उदाहरण हैं। फीडबैक, या बंद-लूप स्वचालित नियंत्रण उपकरणों के बीच मील के पत्थर में कॉर्नेलिस ड्रेबेल के लिए जिम्मेदार भट्टी का तापमान नियामक, लगभग 1620, और 1788 में जेम्स वाट द्वारा भाप इंजन की गति को विनियमित करने के लिए उपयोग किया जाने वाला केन्द्रापसारक फ्लाईबॉल गवर्नर शामिल हैं।

अपने 1868 के पेपर ऑन गवर्नर्स में, जेम्स क्लर्क मैक्सवेल नियंत्रण प्रणाली का वर्णन करने के लिए अंतर समीकरणों का उपयोग करके फ्लाईबॉल गवर्नर द्वारा प्रदर्शित अस्थिरताओं को समझाने में सक्षम थे। इसने जटिल घटनाओं को समझने में गणितीय मॉडल और तरीकों के महत्व और उपयोगिता को प्रदर्शित किया, और इसने गणितीय नियंत्रण और सिस्टम सिद्धांत की शुरुआत का संकेत दिया। नियंत्रण सिद्धांत के तत्व पहले प्रकट हुए थे, लेकिन उतने नाटकीय और ठोस रूप से नहीं, जितने मैक्सवेल के विश्लेषण में थे।

नियंत्रण सिद्धांत ने अगली सदी में महत्वपूर्ण प्रगति की। नई गणितीय तकनीकों, साथ ही इलेक्ट्रॉनिक और कंप्यूटर प्रौद्योगिकियों में प्रगति ने मूल फ्लाईबॉल गवर्नर को स्थिर करने की तुलना में काफी अधिक जटिल गतिशील प्रणालियों को नियंत्रित करना संभव बना दिया है। नई गणितीय तकनीकों में 1950 और 1960 के दशक में इष्टतम नियंत्रण में विकास शामिल था, जिसके बाद 1970 और 1980 के दशक में स्टोकेस्टिक, मजबूत, अनुकूली, गैर-रेखीय नियंत्रण विधियों में प्रगति हुई। नियंत्रण पद्धति के अनुप्रयोगों ने अंतरिक्ष यात्रा और संचार उपग्रहों, सुरक्षित और अधिक कुशल विमान, स्वच्छ ऑटोमोबाइल इंजन और स्वच्छ और अधिक कुशल रासायनिक प्रक्रियाओं को संभव बनाने में मदद की है।

एक अद्वितीय अनुशासन के रूप में उभरने से पहले, नियंत्रण इंजीनियरिंग का अभ्यास मैकेनिकल इंजीनियरिंग के एक भाग के रूप में किया जाता था और नियंत्रण सिद्धांत का अध्ययन इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के एक भाग के रूप में किया जाता था क्योंकि विद्युत सर्किट को अक्सर नियंत्रण सिद्धांत तकनीकों का उपयोग करके आसानी से वर्णित किया जा सकता है। पहले नियंत्रण संबंधों में, एक वर्तमान आउटपुट को वोल्टेज नियंत्रण इनपुट द्वारा दर्शाया गया था। हालाँकि, विद्युत नियंत्रण प्रणालियों को लागू करने के लिए पर्याप्त तकनीक नहीं होने के कारण, डिजाइनरों के पास कम कुशल और धीमी गति से प्रतिक्रिया करने वाली यांत्रिक प्रणालियों का विकल्प बचा था। एक बहुत प्रभावी यांत्रिक नियंत्रक जो अभी भी कुछ जल विद्युत संयंत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है वह है केन्द्रापसारक राज्यपाल । बाद में, आधुनिक बिजली के इलेक्ट्रॉनिक्स से पहले, औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए प्रक्रिया नियंत्रण प्रणालियाँ मैकेनिकल इंजीनियरों द्वारा वायु-विद्या और हाइड्रोलिक प्रणाली नियंत्रण उपकरणों का उपयोग करके तैयार की गईं, जिनमें से कई आज भी उपयोग में हैं।

नियंत्रण प्रणाली

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नियंत्रण सिद्धांत

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शिक्षा

दुनिया भर के कई विश्वविद्यालयों में, नियंत्रण इंजीनियरिंग पाठ्यक्रम मुख्य रूप से इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और मैकेनिकल इंजीनियरिंग में पढ़ाए जाते हैं, लेकिन कुछ पाठ्यक्रमों को मेक्ट्रोनिक्स इंजीनियरिंग में पढ़ाया जा सकता है,[3] और अंतरिक्ष इंजिनीयरिंग । अन्य में, नियंत्रण इंजीनियरिंग कंप्यूटर विज्ञान से जुड़ी है, क्योंकि आज अधिकांश नियंत्रण तकनीकें कंप्यूटर के माध्यम से कार्यान्वित की जाती हैं, अक्सर अंतः स्थापित प्रणालियाँ के रूप में (ऑटोमोटिव क्षेत्र में)। रासायनिक इंजीनियरिंग के भीतर नियंत्रण के क्षेत्र को अक्सर प्रक्रिया नियंत्रण के रूप में जाना जाता है। यह मुख्य रूप से किसी पौधे में रासायनिक प्रक्रिया में चरों के नियंत्रण से संबंधित है। इसे किसी भी रासायनिक इंजीनियरिंग कार्यक्रम के स्नातक पाठ्यक्रम के हिस्से के रूप में पढ़ाया जाता है और नियंत्रण इंजीनियरिंग में समान सिद्धांतों को नियोजित किया जाता है। अन्य इंजीनियरिंग विषय भी नियंत्रण इंजीनियरिंग के साथ ओवरलैप होते हैं क्योंकि इसे किसी भी सिस्टम पर लागू किया जा सकता है जिसके लिए एक उपयुक्त मॉडल प्राप्त किया जा सकता है। हालाँकि, विशिष्ट नियंत्रण इंजीनियरिंग विभाग मौजूद हैं, उदाहरण के लिए, इटली में ऑटोमेशन और रोबोटिक्स में कई मास्टर हैं जो नियंत्रण इंजीनियरिंग या शेफ़ील्ड विश्वविद्यालय में स्वचालित नियंत्रण और सिस्टम इंजीनियरिंग विभाग में पूरी तरह से विशिष्ट हैं। [4] या संयुक्त राज्य नौसेना अकादमी में रोबोटिक्स और नियंत्रण इंजीनियरिंग विभाग[5] और इस्तांबुल तकनीकी विश्वविद्यालय में नियंत्रण और स्वचालन इंजीनियरिंग विभाग।[6] नियंत्रण इंजीनियरिंग में विविध अनुप्रयोग हैं जिनमें विज्ञान, वित्त प्रबंधन और यहां तक ​​कि मानव व्यवहार भी शामिल है। नियंत्रण इंजीनियरिंग के छात्र समय और कॉम्प्लेक्स-एस डोमेन से संबंधित एक रैखिक नियंत्रण प्रणाली पाठ्यक्रम से शुरू कर सकते हैं, जिसके लिए प्रारंभिक गणित और लाप्लास परिवर्तन में गहन पृष्ठभूमि की आवश्यकता होती है, जिसे शास्त्रीय नियंत्रण सिद्धांत कहा जाता है। रैखिक नियंत्रण में, छात्र आवृत्ति और समय डोमेन विश्लेषण करता है। डिजिटल नियंत्रण और अरेखीय नियंत्रण पाठ्यक्रमों के लिए क्रमशः Z परिवर्तन और बीजगणित की आवश्यकता होती है, और कहा जा सकता है कि यह एक बुनियादी नियंत्रण शिक्षा को पूरा करता है।

करियर

एक नियंत्रण इंजीनियर का करियर स्नातक की डिग्री से शुरू होता है और कॉलेज प्रक्रिया के दौरान जारी रह सकता है। नियंत्रण इंजीनियर की डिग्री इलेक्ट्रिकल या मैकेनिकल इंजीनियरिंग की डिग्री के साथ अच्छी तरह से जोड़ी जाती है। नियंत्रण इंजीनियरों को आमतौर पर तकनीकी प्रबंधन में नौकरियां मिलती हैं जहां वे आम तौर पर अंतःविषय परियोजनाओं का नेतृत्व करते हैं। एयरोस्पेस कंपनियों, विनिर्माण कंपनियों, ऑटोमोबाइल कंपनियों, बिजली कंपनियों और सरकारी एजेंसियों में नौकरी के कई अवसर हैं। कुछ स्थान जो कंट्रोल इंजीनियरों को नियुक्त करते हैं उनमें रॉकवेल ऑटोमेशन, नासा, फोर्ड और गुडरिच जैसी कंपनियां शामिल हैं।[7] कंट्रोल इंजीनियर संभवतः लॉकहीड मार्टिन कॉर्प से सालाना $66k कमा सकते हैं। वे जनरल मोटर्स कॉर्पोरेशन से सालाना $96k तक भी कमा सकते हैं।[8] एक नियंत्रण इंजीनियरिंग सर्वेक्षण के अनुसार, उत्तर देने वाले अधिकांश लोग अपने स्वयं के करियर के विभिन्न रूपों में नियंत्रण इंजीनियर थे। ऐसे बहुत से करियर नहीं हैं जिन्हें नियंत्रण इंजीनियर के रूप में वर्गीकृत किया गया है, उनमें से अधिकतर विशिष्ट करियर हैं जिनका नियंत्रण इंजीनियरिंग के व्यापक करियर से थोड़ा सा संबंध है। 2019 में सर्वेक्षण में भाग लेने वाले अधिकांश नियंत्रण इंजीनियर सिस्टम या उत्पाद डिजाइनर, या यहां तक ​​कि नियंत्रण या उपकरण इंजीनियर हैं। अधिकांश नौकरियों में प्रक्रिया इंजीनियरिंग या उत्पादन या यहां तक ​​कि रखरखाव भी शामिल है, वे नियंत्रण इंजीनियरिंग के कुछ रूप हैं।[9]


हाल की प्रगति

मूल रूप से, नियंत्रण इंजीनियरिंग निरंतर प्रणालियों के बारे में थी। कंप्यूटर नियंत्रण उपकरणों के विकास से अलग नियंत्रण प्रणाली इंजीनियरिंग की आवश्यकता उत्पन्न हुई क्योंकि कंप्यूटर आधारित डिजिटल नियंत्रक और भौतिक प्रणाली के बीच संचार एक कंप्यूटर घड़ी द्वारा नियंत्रित होता है। असतत डोमेन में लाप्लास परिवर्तन के समतुल्य Z-परिवर्तन है। आज, कई नियंत्रण प्रणालियाँ कंप्यूटर नियंत्रित हैं और उनमें डिजिटल और एनालॉग दोनों घटक शामिल हैं।

इसलिए, डिज़ाइन चरण में या तो डिजिटल घटकों को निरंतर डोमेन में मैप किया जाता है और डिज़ाइन निरंतर डोमेन में किया जाता है, या एनालॉग घटकों को अलग डोमेन में मैप किया जाता है और डिज़ाइन वहां किया जाता है। इन दो तरीकों में से पहला व्यवहार में अधिक आम है क्योंकि कई औद्योगिक प्रणालियों में कुछ डिजिटल नियंत्रकों के साथ यांत्रिक, तरल, जैविक और एनालॉग विद्युत घटकों सहित कई निरंतर सिस्टम घटक होते हैं।

इसी तरह, डिजाइन तकनीक कागज-और-रूलर आधारित मैनुअल डिजाइन से कंप्यूटर-स्वचालित डिज़ाइन और अब कंप्यूटर-स्वचालित डिजाइन या सीएडी तक प्रगति कर चुकी है, जिसे विकासवादी गणना द्वारा संभव बनाया गया है। सीएडी को न केवल पूर्वनिर्धारित नियंत्रण योजना को ट्यून करने के लिए लागू किया जा सकता है, बल्कि नियंत्रक संरचना अनुकूलन, सिस्टम की पहचान और उपन्यास नियंत्रण प्रणालियों के आविष्कार के लिए भी लागू किया जा सकता है, जो पूरी तरह से प्रदर्शन की आवश्यकता पर आधारित है, किसी भी विशिष्ट नियंत्रण योजना से स्वतंत्र है।[10][11] लचीली नियंत्रण प्रणालियाँ केवल नियोजित गड़बड़ी को संबोधित करने के पारंपरिक फोकस को ढाँचे तक बढ़ाती हैं और कई प्रकार की अप्रत्याशित गड़बड़ी को संबोधित करने का प्रयास करती हैं; विशेष रूप से, दुर्भावनापूर्ण अभिनेताओं, असामान्य विफलता मोड, अवांछनीय मानवीय कार्रवाई आदि के जवाब में नियंत्रण प्रणाली के व्यवहार को अनुकूलित करना और बदलना।[12]


यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Jump up to: 1.0 1.1 "Systems & Control Engineering FAQ | Electrical Engineering and Computer Science". engineering.case.edu (in English). Case Western Reserve University. 20 November 2015. Retrieved 27 June 2017.
  2. ↑ Burns, S. Roland. Advanced Control Engineering. Butterworth-Heinemann. Auckland, 2001. ISBN 0750651008
  3. ↑ Zhang, Jianhua (2017). मेक्ट्रोनिक्स और ऑटोमेशन इंजीनियरिंग. doi:10.1142/10406. ISBN 978-981-320-852-0.
  4. ↑ "ACSE - शेफ़ील्ड विश्वविद्यालय". Retrieved 17 March 2015.
  5. ↑ "डब्ल्यूआरसी होम". USNA Weapons, Robotics and Control Engineering. Retrieved 19 November 2019.
  6. ↑ "İTÜ Control and Automation Engineering". Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği (in English). Retrieved 2022-12-05.
  7. ↑ "Systems & Control Engineering FAQ | Computer and Data Science/Electrical, Computer and Systems Engineering". engineering.case.edu (in English). 2015-11-20. Retrieved 2019-10-30.
  8. ↑ "Control Systems Engineer Salary | PayScale". www.payscale.com. Retrieved 2019-10-30.
  9. ↑ "कैरियर एवं वेतन रिपोर्ट" (PDF). Control Engineering. 1 May 2019. Retrieved 5 December 2022.
  10. ↑ Tan, K.C.; Li, Y. (2001). "विकासवादी कंप्यूटिंग के माध्यम से प्रदर्शन-आधारित नियंत्रण प्रणाली डिजाइन स्वचालन" (PDF). Engineering Applications of Artificial Intelligence. 14 (4): 473–486. doi:10.1016/S0952-1976(01)00023-9. Archived (PDF) from the original on 2015-05-03.
  11. ↑ Li, Yun; Ang, Kiam Heong; Chong, Gregory C. Y.; Feng, Wenyuan; Tan, Kay Chen; Kashiwagi, Hiroshi (2004). "CAutoCSD-विकासवादी खोज और अनुकूलन सक्षम कंप्यूटर स्वचालित नियंत्रण प्रणाली डिज़ाइन" (PDF). International Journal of Automation and Computing. 1: 76–88. doi:10.1007/s11633-004-0076-8. S2CID 55417415. Archived (PDF) from the original on 2012-01-27.
  12. ↑ Rieger, Craig G.; Gertman, David I.; McQueen, Miles. A. (2009). "Resilient control systems: Next generation design research". 2009 2nd Conference on Human System Interactions. pp. 632–636. doi:10.1109/HSI.2009.5091051. ISBN 978-1-4244-3959-1. S2CID 6603922.


अग्रिम पठन

  • Christopher Kilian (2005). Modern Control Technology. Thompson Delmar Learning. ISBN 978-1-4018-5806-3.
  • Bennett, Stuart (June 1986). A history of control engineering, 1800-1930. IET. ISBN 978-0-86341-047-5.
  • Bennett, Stuart (1993). A history of control engineering, 1930-1955. IET. ISBN 978-0-86341-299-8.
  • Arnold Zankl (2006). Milestones in Automation: From the Transistor to the Digital Factory. Wiley-VCH. ISBN 978-3-89578-259-6.
  • Franklin, Gene F.; Powell, J. David; Emami-Naeini, Abbas (2014). Feedback control of dynamic systems (in English) (7th ed.). Stanford Cali. U.S.: Pearson. p. 880. ISBN 9780133496598.


बाहरी संबंध

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