التحكم (هندسة-)

بحث متقدم

أ ب ت ث ج ح خ د ذ ر ز س ش ص ض ط ظ ع غ ف ق ك ل م ن هـ و ي

التحكم (هندسة-)

تحكم (هندسه)

Control engineering -

التحكم (هندسة -)

فيصل العباس

المجالات الدراسية

معارف مهندس التحكم ومهاراته

التخصصات في هندسة التحكم ومجالات العمل

هندسة التحكم control engineering فرع من فروع الهندسة يوظف مبادئ نظرية التحكم control theory لتصميم منظومات دينامية dynamic systems بأداء مُتَحكَّم فيه ويستجيب لأوامر التحكم. لهذا فإن مهندس التحكم يدرس المنظومات الدينامية (التي قد تكون ميكانيكية أو كهربائية أو إلكترونية أو كيميائية أو غيرها)، ويحللها وينمذجُها ويصمم لها متحكمات؛ ليكون أداؤها مرغوباً فيه، وهو ما يعرف بمنظومات تحكم control systems. وقد ينظر إلى هندسة التحكم على أنها اختصاص تتقاطع في تكوينه عدة تخصصات. وأهم المهام التي تنجز من أجل ذلك هي:

- نمذجة المنظومات وفهم سلوكيتها.

- تصميم المتحكمات وعناصرها واختيارها لمعالجة مختلف المنظومات.

- اختيار الحساسات والمفعّلات actuators المناسبة، إضافة إلى شبكات الاتصالات البينية وتنجيزها بين المتحكمات والحساسات والمفعلات ومختلف أجزاء المنظومة المتحكم بها.

- تصميم البرمجيات اللازمة لقيادة المنظومة (من نظم تشغيل وقواعد بيانات وشبكات تبادل المعلومات).

المجالات الدراسية

لدراسة هندسة التحكم طريقتان، هما: الطريقة التقليدية (الكلاسيكية) والطريقة الحديثة. والخطوة الأولى في كلتا الطريقتين إنجاز نمذجة المنظومات المطلوب التحكم فيها، ثم التحليل والتصميم، ثم الاختبار للتأكد من استقرار المنظومة - المتحكم وأمثلة التصميم.

تجري النمذجة في مستوي الزمن أو في مستوي التردد (التواتر)، وتختبر استجابة المنظومة لبعض إشارات الدخل المرجعية، كتابع الدفعة الأحادية أو النبضة الأحادية، لمعرفة شكل الاستجابة (زمن الاستقرار settling time ونسبة التجاوز overshootوغيرها). تستخدم لهذه الغاية المعادلات التفاضلية وتحويل لابلاس Laplace transform، وقد تستخدم طريقة نايكويستNyquist أو مخططات بود Bode في مستوي التردد للغاية ذاتها. أما في المنظومات المعقدة الحديثة؛ فقد أصبحت المنظومات أكثر تعقيداً ومتعددة المداخل ومتعددة المخارج، لهذا لم تعد هذه الطرائق تفي بالغرض، وابتكرت طرائق مناسبة لنمذجتها وتحليل سلوكها ثم التحكم فيها.

تتقاطع هنـدسة التحكم والأتمتة مــع الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسوب والهندسة الميكانيكية والهندسة الكيميائية وهندسة الطيران والروبوتية وكثير من التخصصات الأخرى. لهذا لا بد لمهندس التحكم من أن تكون لديه معارف جيدة لفهم المنظومات ونمذجتها، ومن ثم التحكم فيها. لهذا تقسم دراسة هندسة التحكم عادة كفروع الهندسة جميعها: بدءاً بالعلوم الأساسية التكوينية، والعلوم الهندسية العامة ومن ثم دراسة التخصص. تشمل العلوم الأساسية الرياضيات والفيزياء والكيمياء إضافة إلى المهارات الحاسوبية اللازمة لتزويد الدارس بالوسائل اللازمة لفهم المنظومات الديناميكية وتحليلها. أما العلوم الهندسية الأساسية فضرورية لفهم المنظومات الدينامية (ميكانيكية أو كهربائية أو كيميائية وغيرها) وطريقة تحليلها. ومنها تعريف المنظومات من حيث كونها دارة مفتوحة أو دارة مغلقة، والتعمق بدراسات تحويل لابلاس وفورييه Fourier وتحويل زد Z-transform، ودراسة نظرية التحكم لفهم استقرار المنظومات وكيفية التحكم فيها، وخطأ الحالة المستقرة وتحليل الاستجابة الترددية وفضاء الحالة، إضافة إلى الحساسات والمفعلات.

معارف مهندس التحكم ومهاراته

يجب أن تتضمن الدراسة التخصصية إضافة إلى نظرية التحكم وفروعها ما يؤهل الخريج لأن يتعمق في المجالات التالية:

معرفة أجهزة التحكم والقياسات؛ مما يؤهله لتصميم أجهزة القياس والحساسات واختيارها وتحليل المقادير الفيزيائية في المنظومة المطلوب التحكم فيها، وكيفية تركيبها وتوصيلها كجزء من المنظومة.
نمذجة المنظومات المطلوب التحكم فيها وتصميم المتحكمات باختلاف طرائق عملها وإنجاز الاتصالات بين مختلف مكونات المنظومة.

تطوير البرمجيات اللازمة لتشغيل المنظومات ومتحكماتها بوساطة تطوير الترابط بين الإنسان والآلة، وتصميم البرمجيات اللازمة (وفق المستوى البرمجي المستخدم) لتشغيل المنظومة، وتصميم قواعد المعطيات التي تبين وظائف المنظومة وتوثيق عملها وتشغيلها، إضافة إلى الشبكات الحاسوبية المستخدمة في التحكم والأتمتة والروبوتية ونظم تشغيلها.

التخصصات في هندسة التحكم ومجالات العمل:

تطورت نظرية التحكم في العقود الزمنية الماضية، وتفرعت مجالاتها المعرفية لتشمل التحكم غير الخطي، كالتحكم الموائم والتحكم العائم والتحكم العصبوني، والمنظومات المضمّنة، والتحكم الموزّع والتحكم الذكي وغيره، وتداخلت منظومات التحكم مع الشبكات الحاسوبية الصناعية ومع هندسة التحكم الإشرافي أيضاً.

يعمل مهندسو التحكم والأتمتة في مختلف القطاعات الصناعية والبتروكيميائية والنسيجية والإنتاجية وفي مجالات الأتمتة كافة.

مراجع للاستزادة:

- W. Bolton, Instrumentation and Control Systems , Newnes, 2015.

- A. Mary, P.Ramana, Control Systems , Orient Blackswan Pvt Ltd, 2016.

- N.S. Nise, Nise&https://www.arab-ency.com.sy/tech/details/981/6#39;s, Control Systems Engineering, John Wiley & Sons 2017.

-M. C. de Oliveira, Fundamentals of Linear Control: A Concise Approach, Cambridge University Press 2017.

- Z. Zhong ,Chih-Min Lin , Large-Scale Fuzzy Interconnected Control Systems Design and Analysis, Information Science Reference 2017.