هندسة التحكم

نظرة عامة

وفي السياق ذاته، هندسة التحكم (وتسمى كذلك هندسة نظم التحكم)وتُعتبر أحد الحقول الدراسية الجديدة نسبياً والتي اكتسبت اهتماماً كبيراً في القرن العشرين خلال التقدم التكنولوجي.

إضافةً إلى ذلك، وبشكل اوسع يمكننا تعريفها بأنها التطبيق العملي لنظرية التحكم. وتلعب دوراً اساسيا في مجال واسع في تصميم الاجهزة والانظمة في جميع المجالات ابتداءً باآلات الغسيل المنزلية البسيطة مروراً بالطائرات المقاتلة ووصولًا إلى الصواريخ والمركبات الفضائية.

تاريخياً

وفي السياق ذاته، قدمت نظرية التحكم خطوات كبيرة في ال 100 عام الماضية، حيث اوجدت تقنيات رياضية جديدة تمكننا من السيطرة وبشكل أكثر دقة. هذه التقنيات تشمل التطورات في التحكم الأمثل في خمسينات وسيتينيات القرن الماضي والتقدم في طرق التكيف الأمثل في السبيعنات والثمانينات. وساعدت تطبيقات نظرية التحكم في جعل امكانية السفر عبر الفضاء والاتصالات عبر الاقمار الصناعية أكثر أمناً واستقراراً، كما ساهمت في زيادة كفاءة المحركات وتقليل اضرارها وذلك مثلًا لا الحصر.

نظرية التحكم

كذلك، وقبل انّ تظهر هذه الهندسة كاختصاص 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 اما في الهندسة الميكانيكية فكان دورها بالتحكم بالضغوط الهيدوليكية وهذه المبادئ ماتزال مستعملة إلى يومنا هذا.

إضافةً إلى ذلك، تعود نشأة هذا العلم إلى قرون عديدة فأي آلة أو نظام يحتاج إلى منظومة مهما كانت بسيطة أو معقدة للتحكم به، ويمكننا ارجاع أول نظام تحكم آلي لأكثر من ألفي سنة حيث يعتقد بأن الساعة المائية في الإسكندرية كانت إحدى اقدم الاجهزة في التاريخ التي تعبر بشكل أو بآخر عن هذه الهندسة، وفي القرنين السابع عشر والثامن عشر ظهرت اجهزة تحكم ألية مثل جهاز تنظيم درجة حرارة الفرن الذي يعزى ل (دريبل) والانظمة المستعملة لتنظيم سرعة المحركات البخارية من قبل جيمس وات في عام 1788م.

في هذا الإطار، وفي سنة 1868 ومن خلال ماكسويل الذي اوجد معادلاته الشهيرة في المجال الكهرومغناطيسي كان له دوراً كبيراً على اثبات اهمية وفائدة نمذجة الظواهر المعقدة بمعادلات وعبارات رياضية، وقد كانت مبادئ نظرية التحكم قد ظهرت في وقت سابق ولكن ليس بالحد المقنع والكبير كما هو الحال في تحليل ماكسويل.

المقالة الرئيسية: نظرية التحكم

في هذا الإطار، في المقابل تتم نظرية التحكم الحديثة في وتتعامل مع انظمة متعددة الدخل ومتعددة الخرج هذا يتغلب على القيود المفروضة على نظرية التحكم الكلاسيكية في مشاكل تصميم أكثر تعقيدا، مثل التحكم في الطائرات المقاتلة.

• انظر كذلك
• تمثيل كهربي - ميكانيكي
• هندسة ميكاترونيكس
• هندسة اتصالات
• هندسة كهربائية

ومن ناحية أخرى، تقسم نظرية التحكم بشكل اساسي إلى قسمين كبيرين، الكلاسيكي والحديث، والتي لها آثار مباشرة على تطبيقات هندسة نظم التحكم. ويقتصر نطاق نظرية التحكم الكلاسيكية على الدخل المفرد والخرج المفرد أو ما يسمى . تحليل النظام يتم في المجال الزمني باستخدام معادلات تفاضلية في المجال العقدي وباستخدام تحويل لابلاس، أو في المجال الترددي بالتحويل من المجال العقدي.

إضافةً إلى ذلك، المتحكم المصمم باستخدام النظرية الكلاسيكية غالباً ما يتطلب ضبط في الموقع لتصحيح تقريبات التصميم ونظراً لسهولة تصميم المتحكم با ستخدام النظرية الكلاسيكية بالمقارنة مع النظرية الحديثة فانه يتم استخدامه في أغلب التطبيقات الصناعية. أشهر المتحكمات المصممة باستخدام نظرية التحكم هو المتحكم من نوع PID.