بخشی از مقاله
فیدبک و اصول مهندسی
فصل اول :
مقدمه :
فیدبک مشخصه اصلی زندگی است. پروسه فیدبک بر چگونگی رشدها، واکنش ها به استرس و چالش و تنظیم فاکتورهایی مثل دمای بدن، فشار خون و سطح کلسترول تاثیر می گذارد. مکانیسم عملکرد در هر سطح، از تعامل پروتئین ها در سلول ها به تعامل ارگانیسم ها در اکولوژی های پیچیده می باشد.
در این فصل، مقدمه ای بر مفهوم اولیه فیدبک و اصول مهندسی مربوط به کنترل داریم. ما بر مثال های قدیمی و فعلی با هدف مفهوم سازی برای ابزارهای فعلی در فیدبک و کنترل متمرکزیم – اغلب اطلاعات این فصل از [155] انتخاب شده است و مولفین تا حد زیادی از مقالات و نوشته های Roger Brockett و Gunter Stein در این فصل استفاده می کنند.
1 – 1 فیدبک چیست ؟
سیستم دینامیکی سیستمی است که عمل آن در طول زمان، اغلب در پاسخ به نیرو یا محرک خارجی تغییر می کند. اصطلاح فیدبکبه موقعیتی اشاره دارد کر آن 2 (یا چند) سیستم دینامیکی به یکدیگر مرتبطه به طوری که هر سیستمی که بر سیستم دیگر و دینامیک هایش تاثیر می گذارد تا حد زیادی به هم متصل می شود. استدلال علّی ساده درباره سیستم فیدبک دشوار است زیرا اولین سیستم بر سیستم دوم و سیستم دوم بر سیستم اول تاثیر و گذارد، که باعث استدلال مبتنی بر دور می شود. این امیر باعث و شود استدلال مبتنی بر علّت و معلول دشوار شود و لازم است سیستم به طور کلی آنالیز شود.
نتایج این کار این است که عمل سیستم های فیدبک اغلب نا معقول است و بنابراین لازم است تا به روش های فرمال متوسّل شد تا آنها را درک نمود. شکل 1. 1 که در دیاگرام خانه ای ترسیم شده است طرح فیدبک را شکل C می دهد . اغلب از اصطلاحات حلقه باز و بسته زمانی که به چنین سیستم هایی اشاره می کنیم، استفاده می کنیم. سیستم زمانی حلقه بسته نامیده می شود که سیستم ها در سیکل یا چرخه اتصال زنجیری دارند همانطور که در شکل a 1. 1 نشان داده شده است. اگر پیوند را بشکنیم، پیکره بندی به صورت سیستم حلقه باز مشاهده می شود، طبق شکل b1. 1 –
شکل C 1. 1 : سیستم های حلقه باز و بسته (a) خروجی سیستم ! به صورت ورودی سیستم 2 و خروجی سیستم 2 ورودی به صورت سیستم 1 استفاده می شود، که باعث ایجاد سیستم حلقه بسته می گردد. (دا) اگر پیوند بین سیستم 2 و سیستم 1 برداشته شود، سیستم، سیستم حلقه باز نامیده می شود.
شکل 2. 1 : رگولاتور گریز از مرکز و موتور بخار. رگولاتور از مرکز و موتور بخار. رگولاتور گریز از مرکز واقع در سمت چپ متشکل از مجموعه توپی های طیّار است زمانی که سرعت موتور افزایش می یابد، جدا می شوند. موتور بخار واقع در سمت راست از رگولاتور گریز از مرکز استفاده می کنند تا سرعت را تنظیم کنند. (در قسمت بالا و سمت چپ چرح طیّار) همانطور که در ابتدای این فصل توضیح داده شد، منبع اصلی مثال های سیستم فیدبک بیولوژی است. سیستم هایی بیولوژیکی از فیدبک در روش های فارق العاده، در مقیاس هایی با رنج مولکولی به سلولی، (ارگانسیمی به اکو سیستمی استفاده می کنند. یک مثال تنظیم توکز در جریان خون از طریق تولید از سومین و گلوکاگون توسط پانکرانس است. بدن سعی در ثابت نگه داشتن غلظت گلوکز داشت، که توسط سلول های بدن برای تولید انرژی استفاده می شود. زمانی که سطوح گلوکز افزایش می یابد (بعد از خوردن غذا برای مثال) ، هورمون انسولین آزاد شده و باعث می شود بدن گلوکز اضافی را در کبد ذخیره کند.
زمانی که سطوح گلوکز پایین است، پانکراس هورمون گلوی گون را ترشح می کند که تاثیر معکوس دارد. با اشاره به شکل 1 – 1 ، کبد را به عنوان سیستم 1 و پانکراس را به عنوان سیستم 2 مشاهده می کنیم. محصول حاصل از کبد غلظت گلوکز در خون و محصول حاصل از پانکراس مقدار انسولین یا گلوی گون تولید شده است. تاثیر متقابل بین ترشح انسولین و گلوکاگون در کل روز به ثابت نگه داشتن غلظت گلوکز خون حدوداً mg 90 در ML 100 خون کمک می کند.
مثال اول مهندسی سیستم فیدبک رگولاتور گریز از مرکز، است که در آن شگفت موتور بخار به مکانیسم توپی طیّار متصل می شود که خودش به دریچه کنترل موتور بخار متصّل است، طبق شکل 2. 1 . سیستم به گونه ای طراحی شده است که با افزایش سرعت موتور (شاید به علت کاهش لُود موتور) ، توپی های طیار جدا شده و پیوند باعث می شود دریچه کنترل موتور بخار بسته شود. و در نتیجه این امر سرعت موتور را کاهش داده، به طوری که باعث می شود توپی های طیّار به سمت هم بر گرفتند.مدل سازی این سیستم به صورت سیستم حلقه بسته در نظر با گرفتن سیستم 1 به عنوان موتور بخار و سیستم 2 به عنوان رگولاتور است.
2 . 1 کنترل چیست ؟
اگر رگولاتور های توپی طیّار به درستی طراحی شده باشند، سرعت موتور را ثابت، مستقل از شرایط یودینگ نگه دارند. رگولاتور گریز از مرکز حاصل از موتور بخار است هستند، که بر انقلاب صنعتی دامن زد.
فیدبکویژگی های بسیار جالبی دارد که در طراحی سیستم ها به کار گرفته می شود. مانند مثال تنظیم گلوکز یا رگولاتور توپی طیّار، فیدبک سیستم را در تاثیرات خارجی انعطاف پذیر می سازد. آن همچنین برای ایجاد عمل خطی خارج از مولفه های غیر خطی استفاده می شود، روش متداولی که در الکترونیک کاربرد دارد. عموماً، فیدبک به سیستم این امکان را دهد که به اغتشاشات خارجی و تغییرات عناصر جداگانه اش غیر حساس باشد. فیدبک معایب بالقوای نیز دارد. آن نا پایداری پویا در سیستم ایجاد می کند که باعث نوسان یا حتی رانش
می شود. عیب دیگر، مخصوصاً در سیستم های مهندسی، این است که فیدبک باعث نویز نا خواسته سنسور در سیستم می شود که نیازمند فیسترینگ دقیق سیگنال هاست. به همین دلایل است که بخش اصلی بررسی سیستم های فیدبک به گسترش درک دینامیک ها و برتری روش ها در سیستم های دینامیکی اختصاص می یابد.
سیستم های فیدبک در سیستم های مهندسی و طبیعی رایج هستند. سیستم های کنترل باعث حفظ محیط زیست، روشنایی منازل و کارخانه ها می شوند؛ آنها عملکرد اتوموبیل، مصرف برق و پروسه های تولیدی مان را تنظیم می کنند؛ آنها سیستم های حمل و نقل و ارتباطی مان را میّسر می سازند؛ و آنها عناصر اصلی در سیستم های رانشی و فضایی مان هستند، بیشتر اوقات آنها از دید مخفی هستند و به صورت کُودر میکرو پراسیسور دمای جا سازی شده مخفی می شوند، و عملکرد هایشان را به صورت دقیق و به طور موثق انجام داده و اجرا می کنند. فیدبک همچنین افزایش چشمگیر دقت در ابزارهایی مثل تلسکوپ ها و میکروسکوهایی باشد وی اتمی را امکان پذیر می سازد.
در طبیعت، هم ایستایی در سیستم های بیولوژیکی شرایط حرارتی، شیمیایی و بیولوژیکی را از طریق فیدبک حفظ می کند. در قسمت انتهایی مقیاس اندازه گیری، دینامیک های آب و هوای جهان به تعامل فیدبک بین اتمسفر، اقیانوس ها، C خشکی و خورشید بستگی دارد. اکوسیستم ها با مثال هایی از فیدبک به علت تعاملات پیچیده بین حیوان و زندگی در خشکی کامل می شوند. حتی دینامیک های اقتصادی مبتنی بر فیدبک بین افراد و همکاری ها از طریق بازرها و تبادل کالاها و خدمات هستند.
2. 1 کنترل چیست ؟
اصطلاح کنترل معانی بیشمار، دارد و اغلب بین جوامع متفاوت و مختلف است. در این کتاب، کنترل را به صورت کاربرد الگوریتم ها و فیدبک در سیستم های مهندسی تعریف می کنیم. در نتیجه، کنترل شامل مثال هایی مثل حلقه های فیدبک در امیلیفایرهای الکتریکی، کنترل گرهای نقطه تنظیم در پروسه های مواد و شیمیایی، سیستم های پرواز با سیم در هواپیما و حتی پروتوکل های مسیر است که جریان ترافیک در اینترنت را کنترل می کنند. ابزارهای در حال ظهور شامل سیستم های نرم افزاری یا اطمینان بالا، رباک ها و وسایل نقلیه خودکار، سیستم های مدیریت منابع فوری و سیستم های مهندسی بیولوژیکی است. در قسمت مرکزی اش، کنترل، علم اطلاعات است و شامل به کار گیری اطلاعات در نمودهای دیجیتالی و آنالوگ می شود.
شکل 3. 1 : مولفه های سیستم کنترل کامپیوتر. جعبه ای که با خط چین در قسمت بالا نشان داده شده نمایانگر دینامیک های پروسه است، که شامل سنسورها و راه اندازها علاوه بر کنترل سیستم به صورت دینامیک است. نویز و اغتشاشات خارجی، دینامیک های پروسه را منحرف می کنند. کنترل گر در جعبه خط چین پایینی نشان داده می شود. آن شغل کنسورتورهای آنالوگ به دیجتال (A/D) و دیجیتال به آنالوگ (D/A) و نیز کامپیوتری است که الگوریتم کنترل فیلتر و را اجرا می کند.سیستم ساعت عملکرد کنترل گر، هماهنگ سازی A/D و D/A و پروسه های محاساباتی را کنترل می کند. ورودی اپراتور همچنین به کامپیوتر به صورت ورودی خارجی تغذیه می شود.
کنترل گر پیشرفته عملکرد سیستم را حس کرده، آن را با عمل مطلوب مقایسه کرده، عملیات صحیح را طبق مدل واکنش سیستم در ورودی های خارجی محاسبه کرده و سیستم را راه اندازی می کند تا بر تغییر دلخواه تاثیر بگذارد. این حلقه فیدبک اصلی حس کردن، محاسبه و راه اندازی مفهوم اصلی کنترل است. مساله اصلی در طراحی منطبق کنترل تضمین این مساله است که دینامیک های سیستم حلقه بسته ثابت هستند (اختلالات محدود خطاهای محدود می دهد) و اینکه آنها عمل دلخواه اضافی دارند (تضعیف اختلال خوب، واکنش سریع به تغییرات در نقطه عملکرد، غیره).
این ویژگی ها با استفاده از انواع مدلینگ و آنالیز روش ها ایجاد می شوند که دینامیک های اصلی سیستم را در اختیار گرفته و جستجوی اعمال احتمالی وجود عدم قطعیت، نویز و نقص مولفه امکان پذیر می سازد.
مثال نمونه از سیستم کنترل در شکل 3. 1 نشان داده می شود. عناصر اولیه حس کردن، محاسبه و راه اندازی دقیقاً مشاهده می شوند. در سیستم های کنترل پیشرفته، محاسبه در کامپیوتر دیجیتال انجام می شود که به کار گیری کنور توردهای آنالوگی – دیجیتالی (A/D) و دیجیتالی – آنالوگی (D/A) نیازمند است. عدم قطعّیت سیستم را از طریق نویز به زیر سیستم های حس کننده و راه انداز، اغتشاشات خارجی وارد می کند که بر شالوده سیستم عملکرد و دینامیک های غیر قطعی سیستم تاثیر می گذارد (خطاهای پارامتر، تاثیرات مدوله نشدن، غیره).الگوریتمی که عمل کنترل را به صورت تابعی از مقادیر سنسور محاسبه می کند، قانون کنترل نامیده می شود. سیستم از خارج توسط اپراتور تاثیر می پذیرد کسی که سیگنال های فرمان را به سیستم معرفی می کند.
30 . 1 مثال های فیدبک:
مهندسی کنترل بر ابزارهایی از فیدبک(دینامیک ها و مدلینگ)، علم کامپیوتر (اطلاعات و نرم افزار) و عملیّات تحقیق (بهینه سازی، تئوری احتمالات و تئوری گیم) متکی بوده و با آنها سهیم است، اما همچنین متفاوت از این موضوعات از لحاظ بینش و راه کار است.
شاید قوی ترین حوزه هم پوشانی کننده بین کنترل و روش های دیگر در مدلینگ سیستم های فیزیکی است، که در میان همه حوزه های علم و مهندسی متداول است. یکی از تفاوت های اصلی بین مدلینگ کنترل محور و مدلینگ در روش های درگیر روشی است که در آن تعاملات بین زیر سیستم ها نمایان می شود.
کنترل متکی بر نوع مدلینگ ورودی – خروجی است که بینش های بسیار جدیدی را در رفتار سیستم ها مثل تضعیف اختلال و انتقال ثابت میسّر می سازد. کوچک کردن مدل، جایی که توضیح (دقت کم تر) ساده تری از دینامیک ها از مدلی با دقت بالا، همچنین به طور طبیعی در چهار چوب ورودی / خروجی توضیح داده می شود. شاید به طور مهم تر، مدلینگ در زمینه کنترل طراحی پیوندهای صحیح بین زیر سیستم ها را میسر می سازد فیچری که در عملکرد همه سیستم های وسیع و گسترده مهندسی حیاتی است.
کنترل همچنین دقیقاً با علم کامپیوتر در ارتباط است، به طوری که همه الگوریتم های پیشرفته کنترل برای سیستم های مهندسی در نرم افزار اجرا می شوند. یا وجود این، الگوریتم های کنترل و نرم افزار بسیار متفاوت از نرم افزار کامپیوتری قدیمی به خاطر نقش اصلی دینامیک های سیستم و ماهیت واقعی اجرا و انجامش می باشند.
3. 1 مثال های فیدبک:
فیدبک ویژگی های جالب و پر کاربردی دارد. فیدبک طراحی سیستم های دقیق از مولفه های غیر دقیق ایجاد کمیت های مربوط در سیستم تغییر در حالت توصیفی را میسّر می سازد. سیستم نا پایدار با استفاده از فیدبک پایدار می شود، و تاثیرات اغتشاشات خارجی کاهش می یابد. فیدبک همچنین درجات جدیدی از آزادی را برای طراح با بهره برداری از حس کردن، محرکّ و محاسبه پیشنهاد می کند. در این بخش ما برخی از کاربردها و روش های مهم برای فیدبک در جهان اطراف مان را بررسی می کنیم.
مثال های اولیه تکنولوژیکی :
افزایش سریع کنترل در سیستم های مهندسی در اواخر قرن 20 ام اتفاق افتاد. برخی از فرضیّات وجود دارد مثل رگولاتور گریز از مرکز و ترموستات (شکل a 4- 1)، که در طول قرن های متمادی طراحی شده است تا دمای ساختمان را تنظیم کند.
به خصوص، ترموستات مثال ساده ای از فیدبک کنترل است که هر کسی با آن آشنایی دارد. این دستگاه دمای ساختمان را اندازه گرفته، آن دما را به نقطه تنظیم مطلوب رسانده و از خطای فیدبک بین دو استفاده کرده تا دستگاه حرارتی را راه انداخته برای مثال روشن کردن دستگاه حرارتی زمانی که دما پایین است و خاموش کردن آن زمانی که دما بالاست. این توضیح ماهیّت فیدبک را به کار گرفته اما آن حتی برای دستگاه ساده ای مثل ترموستات بسیار ساده است. چون زمان تاخیر در دستگاه حرارتی و سنسور وجود دارد، یک ترموستات خوب، هیتر را قبل از زمانی که خطا علامت را تغییر می دهد، خاموش می کند. اثر متقابل بین دینامیک دمای پروسه و عملکرد کنترل گر یک عنصر اصلی در طراحی سیستم های کنترل مدرن است.
مثال های دیگری از سیستم کنترل وجود دارد که برای سالهای متمادی با افزایش سطوح دقّت گستر شد یافته است. سیستم اولیه با نمایش عمومی گسترده گزینه انتخابی کنترل سرعت مناسب در اتوبوس ها در سال 1958 (شکل b 4. 1) بود. کنترل سرعت مناسب عمل دینامیک سیستم های فیدبک حلقه بسته به طور عملی – خطای کاهش سرعت با بالا رفتن درجه سیستم، کاهش تدریجی آن خطا به علت عمل انتگرال گیری در کنترل گر، نوسان اضافی با بالا رفتن درجه و غیره را توضیح می دهد. سیستم های کنترل بعدی در اتوبوس دما مثل کنترل نشت و سیستم های مترینگ سوخت، کاهنده اصلی آلاینده ها است و باعث افزایش صرفه جویی در مصرف سوخت می شود.
تولید و انتقال نیرو :
دسترسی به جریان برق یکی از درایورهای اصلی پیشرفت تکنولوژیکی در جامعه مدرن شده است. اغلب پیشرفت های اولیه کنترل با تولید و توزیع جریان برق هدایت می شود. کنترل، کنترل اصلی برای سیستم های نیرو است و حلقه های کنترل بیشماری در مراکز جداگانه نیرو وجود دارد. کنترل همچنین برای عملکرد کل شبکه نیرو دارای اهمیت است چون ذخیره انرژی کار دشواری است و در نتیجه هماهنگ کردن تولید تا مصرف لازم است. مدیریت نیرو مساله اصلی تنطیم برای سیستم با یک ژانراتور و یک مصرف کننده نیرو است، اما در سیستم بسیار توزیعی اغلب با ژنراتورها و مسافت های طولانی بین تولید و مصرف کار بسیار دشوار است.نیاز به برق یه سرعت با روشی غیر اقلب پیش بینی و ترکیب ژنراتورها و مصرف کنندگان در شبکه های بزرگ تغییر می کند که امکان تقسیم با در میان اغلب عرضه کنندگان و میانگین گیری مصر در میان اغلب مشتریان را میسّر می سازد. سیستم های برق قاره ای و چند ملّیتی ایجاد شده اند مثل موردی که در شکل 5. 1 نشان داده شده است.
شکل 4. 1 دستگاه های ابتدای کنترل . (a) ترموستات Haneywell T87 که در سال 1953 معرفی شد. ترموستات کنترل و کند که هیتر با مقایسه دمای فعلی اتاق به مقدار مطلوب روشن می شود که با استفاده از پیچ تنظیم، تنظیم می شود. (b) سیستم کنترل سرعت مناسب ChrysLer در سال 1958 معرفی شد. رگولاتور گریز از مرکز برای شناسایی سرعت وسیله نقلیه و راه انداز دریچه کنترل استفاده می شود. سرعت رفرنس از طریق فنر تنظیم مشخص می شود.
شکل 5. 1 : بحث کوچکی از شبکه برق اروپا
برق بیشتر توسط جریان متناوب (AC) توزیع می شود زیرا ولتاژ انتقال با افت کم نیرو با استفاده از ترسنفرمردما تغییر می کند. متناوب سازی ژنراتورهای فعلی نیرو را تنها اگر ژنراتورها با تغییرات ولتاژ در شبکه هماهنگ شوند تحویل می دهند. به این معنی که روتورهای ژنراتورها در شبکه باید هماهنگ شوند. برای دستیابی به این منظور با کنترل گرهای غیر متمرکز محلی و مقدار کوچک متعامل یک مشکل چالش پذیراست. نوسان سامد پایین Sporadic بین مناطق دور زمانی که گریدهای نیروی منطقه مشاهده می شوند، به هم مرتبط و متصل می شود.
ایمنی و اطمینان نگرانی اصلی در سیستم های نیرو است. اختلالات بیشماری به علت افتادن درختان بر روی خطوط نیرو، برق یا نقص تجهیزات وجود دارد. سیستم های کنترل دقیقی وجود دارند که عملکرد سیستم راحتی زمانی که اختلالات وسیع وجود دارد، حفظ می کنند. عمل کنترل باعث کاهش ولتاژ شدن، شبکه را به زیر شبکه ها تقسیم و کند یا خطوط و کاربران نیرو را قطع می کند. این سیستم های ایمنی عنصر اصلی سیستم های توزیع نیرو است، اما علی رغم پیش احتیاطی، نقایصی در سیستم های توزیع نیرو وجود دارد. در نتیجه سیستم نیرو مثال مناسبی از سیستم توزیعی پیچیده است در حالی که کنترل وسیع در بسیاری از سطوح و روش های مختلف اجرا و انجام می شود.
شکل 6. 1 سیستم های هوا – فضای ارتش – (a) . هواپیمای F/A – 18 یکی از اولین جنگنده های ارتش است که از تکنولوژی پرواز باشیم استفاده می کند. (b) وسیله نقلیه هوایی بدون سر نشین (UCAN) 45- X قادر به پرواز خودکار است، که از سنسورهای اندازه گیری اینرسی و سیستم تثبیت موقعیّت جهانی (GPS) برای کنترل موقعیت اش با توجه به میسر پرتای مطلوب استفاده می کند.
هوا فضا و حمل و نقل :
در هوا – فضا، کنترل قابلیت تکنولوژیکی اصلی است که به آغاز قرن 20 ام بر می گردد. در حقیقت، برادران رایت دقیقاً به خاطر کنترل نیروی پرواز و نه برای اثبات نیروی پرواز مشهور هستند. Wrgh Flyer اولیه شان مثال حرکت سطوح کنترل (پرّه های عمودی و گزارشات غلط) و بال هایی با قابلیت پیچ و تا خوردن که بر خلبان این امکان را می دهد تا پرواز هواپیما را تنظیم کند. در حقیقت، خود هواپیما غیر متحّرک نبود بنابراین اصلاحات خلبان به صورت پیوسته لازم بود. این مثال اولیه از کنترل پرواز با داستان موفقیت مسحور کننده از پیشرفت های مکرّر در تکنولوژی کنترل پرواز ادامه یافت، که باعث عملکرد بیشتر، سیستم های کنترل پرواز اتوماتیک با قابلیت اطمینان بالا شد که امروزه در هواگیما های ارتشی و تجاری شاهد آن هستیم. شکل (6. 1).
داستانهای موفقیت مشابه برای تکنولوژی کنترل در حوزه های کاربردی دیگری اتفاق افتاده است. هواپیما های بمب افکن و سیستم های شروع کنترل آتش اوایلی جنگ جهانی دوم، امروزه اسلحه هایی با هدایت رادار با دقت بالا و سلاح هایی با هدایت دقیق را تکامل بخشیده اند. ماموریت های فضایی که در آن احتمال نقص و خرابی نیز وجود داشت اکنون به عملیات پرتاپ روتین، لندینگ انسان بر روی کره ماه، ایستگاه دمای دایم فضایی سر نشین دار، وسایل نقلیه رباتی در حال گردش بر روی کره مریخ، مدار گرد های دور سیاراّت و تعداد زیاد از ماهواره های ارتشی و خصوصی که رادار با دید دایره ای، ارتباطات و ناوبری و مشاهده زمین را به خدمت و گیرنده خود روها از تکنولوژی تنظیم دستی / سنوماتیک به عملکرد با تنظیم کامپیوتری در همه عملکرد های اصلی از جمله ترزیق سوخت، کنترل انتشار، کنترل هدایت، ترمز گیری و راحتی داخل اتاق خودرو تبدیل شده اند.
تحقیقات فعلی در مورد سیستم های حمل و نقل و هوا – فضا تحقیق و بررسی کاربرد فیدبک در سطوح بالاتر تصمیم گیری، از جمله تنظیم منطقی حالت های عملکرد، پیکره بندی وسیله نقلیه، پیکره بنید بار مجاز و وضعیت بهداشت و سلامت است. این کار توسط اپراتورهای انسان، انجام می شده است، اما امروزه که محدودیت ها برداشته شدن است، سیستم های کنترل تا حد زیادی این عملکرد ها را به عهده گرفته اند. روند چشمگیر دیگر در افق فکری استفاده از مجموعه های وسیع واحدهای توزیعی با محاسبه محلی، اتصالّات ارتباط جهانی، تنظیمات اندک تحمیل شده توسط قوانین فیزیک و احتمال تحمیل عملکرد های کنترل مرکزی است. مثال های این روند شامل مساله مدیریت هوا – فضای ملّی، اتوماسیون آزاد راه و مدیریت ترافیک و دستورات و کنترل برای کارزارهای آتی است.
مواد و پروسه :
صنایع مواد شیمیایی پاسخگوی پیشرفت چشمگیر در گسترش مواد جدید است که برای جامعه مدرن ما کلیدی هستند. علاوه بر نیاز مستمر بر بهبود کیفیت محصول، عوامل مختلف دیگری در صنایع کنترل پروسه برای کاربرد کنترل به کار گرفته شده اند. وضعیت محیط های زیست محدودیت های سخت و شدید تری بر تولید آلاینده ها، اجبار در به کار گیری دستگاه های کنترل آلودگی قرار داده اند.
بررسی های ایمنی محیطی باعث طراحی ظرفیت های کوچک تر نگهداری به متصور کاهش خطر نشت مواد شیمیایی شده است که نیازمند کنترل دقیق تر در پروسه های واقع در قسمت بالای رودخانه و در برخی موارد زنجیره عرضه می باشد. و افزایش یاد هزینه های انرژی مهندسان را تشویق به طراحی دستگاه های کرده است که تا حد زیادی یکپارچه اند، پروسه های متعددی را به هم مرتبط می سازند که بریا عملکرد مستقل استفاده می شوند. همه این روندها پیچیدگی این پروسه ها را افزایش داده و شرایط عملکرد برای کنترل سیستم ها، طراحی سیستم کنترل را تا حد زیادی چالش پذیر می سازد.
برخی از مثال های تکنولوژی پروسه مواد در شکل 7. 1 نشان داده شده است.
مثل حوزه های عملیاتی دیگر، تکنولوژی سنسور جدید فرصت های جدیدی را برای کنترل ایجاد کرده است سنسور های آن در این – از جمله لیزر پراکندگی، میکروسکوپی ویدیویی و طیف نمایی فرا بنفش، مادون قرمز، Raman هستند – که پر استفاده و ارزان هستند و در بیشتر پروسه های تولیدی وجود دارند. شکل 7. 1 . پروسه مواد. مواد پیشرفته در شرایط کنترل شده با دقت با استفاده از آکتورهای مثل راکتور دید از یشن بخار شیمایی فلز ارگاتیک نشان داده شده در سمت چپ تصویر فرآورده می شوند، که برای تولید فیلم های نازک اَبَر رسانایش هستند. استفاده از بیوگرافی، اسرنی شیمیایی، دپازیشن بخار و روشدهای دیگر، دستگاه های پیچیده ساخته و شوند مثل پردازشگر سلول IBM که در تصویر سمت راست نشان داده شده است.
