नियंत्रण प्रणाली

एक नियंत्रण प्रणाली नियंत्रण लूप का उपयोग करके अन्य उपकरणों या प्रणालियों के व्यवहार का प्रबंधन, आदेश, निर्देशन या विनियमन करती है। यह घरेलू बॉयलर को नियंत्रित करने वाले थर्मोस्टेट का उपयोग करने वाले एकल घरेलू ताप नियंत्रक से लेकर बड़े औद्योगिक नियंत्रण प्रणालियों तक हो सकता है जो प्रक्रिया (अभियांत्रिकी) या मशीनों को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। नियंत्रण प्रणाली को नियंत्रण अभियांत्रिकी  प्रक्रिया के माध्यम से डिज़ाइन किया गया है।

निरंतर संशोधित नियंत्रण प्रणाली के लिए, एक प्रतिक्रिया नियंत्रण  का उपयोग किसी प्रक्रिया या संचालन को स्वचालित रूप से नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। नियंत्रण प्रणाली वांछित मूल्य या  निर्देश बिंदु (नियंत्रण प्रणाली) (एसपी) के साथ नियंत्रित होने वाले  प्रक्रिया चर  (पीवी) के मूल्य या स्थिति की तुलना करती है, और संयंत्र के प्रक्रिया परिवर्तनीय आउटपुट(नियंत्रण) लाने के लिए अंतर को नियंत्रण प्रणाली संकेत के रूप में लागू करती है।

अनुक्रमिक तर्क और  संयोजन तर्क  के लिए,  कलन विधि, जैसे कि प्रोग्राम करने योग्य तर्क नियंत्रण प्रणाली, का उपयोग किया जाता है।

ओपन-लूप और क्लोज्ड-लूप नियंत्रण
नियंत्रण प्रणाली क्रिया के दो सामान्य वर्ग हैं: खुला लूप और बंद लूप। एक ओपन-लूप नियंत्रण बहुत ही सिंपल सा परिपथ होता है,जो हमारे घरों में पानी गर्म करने वाला हीटर होता है इसका एक उदाहरण केवल एक टाइमर द्वारा नियंत्रित एक केंद्रीय हीटिंग बॉयलर है। नियंत्रण प्रणाली बॉयलर को चालू या बंद करना होता है। प्रक्रिया अस्थिर भवन का तापमान है, यह नियंत्रक भवन के तापमान की परवाह किए बिना निरंतर समय के लिए हीटिंग सिस्टम संचालित करता है।

एक बंद-लूप नियंत्रण प्रणाली में, नियंत्रक से नियंत्रण प्रणाली क्रिया वांछित और वास्तविक प्रक्रिया अस्थिर पर निर्भर होती है। बॉयलर सादृश्य की स्थिति में, यह भवन के तापमान की निगरानी के लिए थर्मोस्टैट का उपयोग करेगा, और यह सुनिश्चित करने के लिए एक सिग्नल को वापस फीड करेगा कि नियंत्रक आउटपुट थर्मोस्टैट पर उस सेट के करीब भवन के तापमान को बनाए रखता है। क्लोज्ड-लूप कंट्रोलर में फीडबैक लूप होता है जो यह सुनिश्चित करता है कि कंट्रोलर एक प्रोसेस वेरिएबल को निर्देश बिंदु के समान मान पर नियंत्रित करने के लिए कंट्रोल एक्शन करता है। इस कारण से, क्लोज्ड-लूप नियंत्रकों को फीडबैक नियंत्रक भी कहा जाता है।

प्रतिक्रिया नियंत्रण प्रणाली
रैखिक प्रतिक्रिया नियंत्रण  प्रणालियों की स्थिति में, एक निर्देश बिंदु (एसपी) पर एक अस्थिर को विनियमित करने के प्रयास में  सेंसर, नियंत्रण प्रणाली कलन विधि और प्रवर्तक सहित एक नियंत्रण प्रणाली लूप की व्यवस्था की जाती है। एक प्रतिदिन का उदाहरण सड़क वाहन पर पर्यटन नियंत्रण है; जहां बाहरी प्रभाव जैसे कि पहाड़ियां गति परिवर्तन का कारण बनती हैं, और चालक के पास वांछित सेट गति को बदलने की क्षमता होती है। नियंत्रक में  पीआईडी ​​एल्गोरिथम  वाहन के इंजन के पावर आउटपुट को नियंत्रित करके, न्यूनतम देरी या  ओवरशूट (संकेत)  के साथ, वास्तविक गति को अनुकूलतम तरीके से वांछित गति में पुनर्स्थापित करता है।

नियंत्रण प्रणालियाँ जिनमें परिणामों की कुछ समझ शामिल है जिन्हें वे प्राप्त करने का प्रयास कर रहे हैं साथ ही प्रतिक्रिया का उपयोग कर रहे हैं और कुछ हद तक अलग-अलग परिस्थितियों के अनुकूल हो सकते हैं। ओपन-लूप नियंत्रक  कंट्रोल सिस्टम फीडबैक का उपयोग नहीं करते हैं यद्यपि पूर्व-व्यवस्थित तरीकों से चलते हैं।

तर्क नियंत्रण
औद्योगिक और वाणिज्यिक यांत्रिकी के लिए तर्क नियंत्रण प्रणाली ऐतिहासिक रूप से सीढ़ी तर्क का उपयोग करते हुए इंटरकनेक्टेड इलेक्ट्रिकल रिले  और  कैम टाइमर  द्वारा कार्यान्वित किए गए थे। आज, इस तरह के अधिकांश सिस्टम सूक्ष्म नियंत्रक या अधिक विशिष्ट प्रोग्राम योग्य तर्क नियंत्रक (पीएलसी) के साथ बनाए जाते हैं। पीएलसी के लिए प्रोग्राम योग्य पद्धति के रूप में  सीढ़ी तर्क  का अंकन अभी भी उपयोग में है। तर्क नियंत्रक स्विच और सेंसर का जवाब दे सकते हैं, और गति देने वाले उपयोग के माध्यम से यांत्रिकी को विभिन्न कार्यों को शुरू और बंद करने का कारण बन सकते हैं। कई अनुप्रयोगों में यांत्रिक संचालन को अनुक्रमित करने के लिए तर्क नियंत्रकों का उपयोग किया जाता है। उदाहरणों में शामिल हैं लिफ्ट, वाशिंग मशीन और परस्पर संबंधित संचालन वाली अन्य प्रणालियां। एक स्वचालित अनुक्रमिक नियंत्रण प्रणाली किसी कार्य को करने के लिए सही क्रम में यांत्रिक प्रवर्तक की एक श्रृंखला को चालू कर सकती है। उदाहरण के लिए, विभिन्न इलेक्ट्रिक और वायवीय ट्रांसड्यूसर एक कार्डबोर्ड बॉक्स को मोड़ सकते हैं और गोंद कर सकते हैं, इसे उत्पाद से भर सकते हैं और फिर इसे एक स्वचालित पैकेजिंग मशीन में सील कर सकते हैं।

पीएलसी सॉफ्टवेयर कई अलग-अलग तरीकों से लिखा जा सकता है - सीढ़ी आरेख, एसएफसी (अनुक्रमिक फ़ंक्शन चार्ट) या निर्देश सूची ।

ऑन-ऑफ नियंत्रण
ऑन-ऑफ नियंत्रण एक प्रतिक्रिया नियंत्रक का उपयोग करते है तो दो अवस्थाओं के बीच बदलाव होता है। एक साधारण द्वि-धातु घरेलू थर्मोस्टेट को ऑन-ऑफ नियंत्रक के रूप में वर्णित किया जा सकता है। जब कमरे में तापमान (पीवी) उपयोगकर्ता सेटिंग (एसपी) से नीचे चला जाता है, तो हीटर चालू हो जाता है। एक अन्य उदाहरण एक एयर कंप्रेसर पर दबाव बदलना है। जब दबाव (पीवी) निर्देश बिंदु (एसपी) से नीचे चला जाता है तो कंप्रेसर संचालित होता है। रेफ्रिजरेटर और वैक्यूम पंप में समान तंत्र होते हैं। इस तरह की सरल ऑन-ऑफ नियंत्रण प्रणालियां सस्ती और प्रभावी हो सकती हैं।

रैखिक नियंत्रण
रैखिक नियंत्रण प्रणाली वांछित एसपी पर नियंत्रित पीवी को बनाए रखने के लिए रैखिक नियंत्रण संकेत उत्पन्न करने के लिए नकारात्मक प्रतिक्रिया का उपयोग करती है। विभिन्न क्षमताओं के साथ कई प्रकार के रैखिक नियंत्रण प्रणालियां हैं।

आनुपातिक नियंत्रण
आनुपातिक नियंत्रण एक प्रकार की रैखिक प्रतिक्रिया आनुपातिक नियंत्रण प्रणाली है जिसमें नियंत्रित अस्थिर पर एक सुधार लागू किया जाता है जो वांछित मूल्य (एसपी) और मापा मूल्य (पीवी) के बीच के अंतर के समानुपाती होता है। दो उत्कृष्ट यांत्रिक उदाहरण टॉयलेट बाउल बॉल कॉक  और सेंट्रीफ्यूगल गवर्नर | फ्लाई-बॉल गवर्नर हैं।

आनुपातिक नियंत्रण प्रणाली ऑन-ऑफ नियंत्रण प्रणाली की तुलना में अधिक जटिल है, लेकिन पीआईडी ​​​​नियंत्रक की तुलना में सरल है| आनुपातिक-अभिन्न-व्युत्पन्न (पीआईडी) नियंत्रण प्रणाली, उदाहरण के लिए, ऑटोमोबाइल क्रूज़ नियंत्रण में उपयोग की जाती है। ऑन-ऑफ नियंत्रण उन प्रणालियों के लिए काम करेगा जिन्हें उच्च सटीकता या प्रतिक्रिया की आवश्यकता नहीं है, लेकिन तेजी से और समय पर सुधार और प्रतिक्रियाओं के लिए प्रभावी नहीं है। आनुपातिक नियंत्रण एक लाभ स्तर पर हेरफेर किए गए अस्थिर (एमवी), जैसे नियंत्रण वाल्व को संशोधित करके इस पर काबू पाता है, जो अस्थिरता से बचा जाता है, लेकिन आनुपातिक सुधार की इष्टतम मात्रा को लागू करके सुधार को यथासंभव तेजी से लागू करता है।

आनुपातिक नियंत्रण का एक दोष यह है कि यह अवशिष्ट एसपी-पीवी त्रुटि को समाप्त नहीं कर सकता है, क्योंकि आनुपातिक आउटपुट उत्पन्न करने के लिए इसे त्रुटि की आवश्यकता होती है। इसे दूर करने के लिए एक पीआई नियंत्रक  का उपयोग किया जा सकता है। पीआई नियंत्रक सकल त्रुटि को दूर करने के लिए आनुपातिक नियंत्रण शब्द (पी) का उपयोग करता है, और समय के साथ त्रुटि को एकीकृत करके अवशिष्ट ऑफसेट त्रुटि को खत्म करने के लिए एक अभिन्न शब्द (आई) का उपयोग करता है।

कुछ प्रणालियों में, एमवी की सीमा के लिए व्यावहारिक सीमाएं होती हैं। उदाहरण के लिए, एक हीटर की एक सीमा होती है कि वह कितनी गर्मी पैदा कर सकता है और एक वाल्व केवल इतनी दूर ही खुल सकता है। लाभ में समायोजन एक साथ त्रुटि मानों की सीमा को बदल देता है जिस पर एमवी इन सीमाओं के बीच होता है। इस रेंज की चौड़ाई, त्रुटि अस्थिर की इकाइयों में और इसलिए पीवी की, आनुपातिक बैंड (पीबी) कहलाती है।

भट्ठी उदाहरण
एक औद्योगिक भट्टी  के तापमान को नियंत्रित करते समय, आमतौर पर भट्ठी की वर्तमान जरूरतों के अनुपात में ईंधन वाल्व के उद्घाटन को नियंत्रित करना बेहतर होता है। यह थर्मल झटके से बचने में मदद करता है और गर्मी को अधिक प्रभावी ढंग से लागू करता है।

कम लाभ पर, त्रुटियों का पता चलने पर केवल एक छोटी सुधारात्मक कार्रवाई लागू की जाती है। प्रणाली सुरक्षित और स्थिर हो सकती है, लेकिन बदलती परिस्थितियों के जवाब में सुस्त हो सकती है। त्रुटियां अपेक्षाकृत लंबे समय तक ठीक नहीं होंगी और सिस्टम ओवर वापेड है। यदि आनुपातिक लाभ बढ़ाया जाता है, तो ऐसी प्रणालियाँ अधिक प्रतिक्रियाशील हो जाती हैं और त्रुटियों से अधिक तेज़ी से निपटा जाता है। जब समग्र प्रणाली को गंभीर रूप से भीगने के लिए कहा जाता है, तो लाभ सेटिंग के लिए एक इष्टतम मूल्य होता है। इस बिंदु से आगे लूप लाभ में वृद्धि से पीवी में दोलन होते हैं और ऐसी प्रणाली कम हो जाती है। गंभीर रूप से नम  व्यवहार को प्राप्त करने के लिए समायोजन लाभ को नियंत्रण प्रणाली को ट्यूनिंग के रूप में जाना जाता है।

अधूरे मामले में, भट्टी जल्दी गर्म हो जाती है। एक बार निर्देश बिंदु पर पहुंचने के बाद, हीटर सब-सिस्टम के भीतर और भट्ठी की दीवारों में संग्रहित गर्मी मापी गई तापमान को आवश्यकता से अधिक बढ़ाएगी। निर्देश बिंदु से ऊपर उठने के बाद, तापमान वापस गिर जाता है और अंततः गर्मी फिर से लागू होती है। हीटर सब-सिस्टम को फिर से गर्म करने में कोई भी देरी भट्ठी के तापमान को निर्देश बिंदु से नीचे गिरने देती है और चक्र दोहराता है। तापमान में उतार-चढ़ाव जो एक अंडरडम्प्ड फर्नेस कंट्रोल सिस्टम पैदा करता है वह अवांछनीय है।

एक गंभीर रूप से नम प्रणाली में, जैसे ही तापमान निर्देश बिंदु के करीब पहुंचता है, गर्मी इनपुट कम होना शुरू हो जाता है, भट्ठी के हीटिंग की दर को धीमा करने का समय होता है और सिस्टम ओवरशूट से बचता है। ओवरडैम्प्ड सिस्टम में ओवरशूट से भी बचा जाता है लेकिन एक ओवरडैम्प्ड सिस्टम में बाहरी परिवर्तनों के लिए शुरू में निर्देश बिंदु प्रतिक्रिया तक पहुंचने के लिए अनावश्यक रूप से धीमा होता है, उदाहरण। भट्ठी का दरवाजा खोलना।

पीआईडी ​​नियंत्रण


शुद्ध आनुपातिक नियंत्रकों को सिस्टम में अवशिष्ट त्रुटि के साथ काम करना चाहिए। यद्यपि अनुकरणीय नियंत्रक इस त्रुटि को समाप्त कर देते हैं, फिर भी वे सुस्त हो सकते हैं या दोलन उत्पन्न कर सकते हैं। पीआईडी ​​नियंत्रक स्थिरता बनाए रखने के लिए व्युत्पन्न (डी) क्रिया शुरू करके इन अंतिम कमियों को संबोधित करता है जबकि प्रतिक्रिया में सुधार होता है।

व्युत्पन्न क्रिया
व्युत्पन्न क्रिया समय के साथ त्रुटि के दर-परिवर्तन से संबंधित है: यदि माप को अस्थिर तेजी से निर्देश बिंदु तक पहुंचता है, तो इसे आवश्यक स्तर तक तट पर जाने की अनुमति देने के लिए एक्ट्यूएटर को जल्दी से बंद कर दिया जाता है; इसके विपरीत, यदि मापा गया मान निर्देश बिंदु से तेजी से दूर जाने लगता है, तो अतिरिक्त प्रयास लागू किया जाता है - उस गति के अनुपात में इसे वापस ले जाने में मदद करने के लिए।

एक चलती वाहन पर बंदूक या कैमरे जैसी भारी वस्तु के गति नियंत्रण से जुड़े नियंत्रण प्रणालियों पर, एक अच्छी तरह से ट्यून किए गए पीआईडी ​​​​नियंत्रण की व्युत्पन्न क्रिया इसे सबसे कुशल मानव ऑपरेटरों की तुलना में एक निर्देश बिंदु तक पहुंचने और बनाए रखने की अनुमति दे सकती है। यदि व्युत्पन्न क्रिया को अधिक लागू किया जाता है, तो यह दोलनों को जन्म दे सकता है।

अभिन्न क्रिया
अभिन्न क्रिया शब्द दीर्घकालिक स्थिर-राज्य त्रुटियों के प्रभाव को बढ़ाता है, जब तक त्रुटि को हटा नहीं दिया जाता है, तब तक लगातार बढ़ते प्रयास को लागू करते हैं। ऊपर विभिन्न तापमानों पर काम करने वाली भट्ठी के उदाहरण में, यदि लागू की जा रही गर्म भट्ठी को निर्देश बिंदु तक नहीं लाती है, किसी भी कारण से, अभिन्न क्रिया तेजी से निर्देश बिंदु के सापेक्ष आनुपातिक बैंड को तब तक ले जाती है जब तक कि पीवी त्रुटि शून्य तक कम नहीं हो जाती है और निर्देश बिंदु हासिल किया जाता है।

% प्रति मिनट रैंप अप
कुछ नियंत्रकों में रैंप को % प्रति मिनट तक सीमित करने का विकल्प शामिल है। यह विकल्प छोटे बॉयलर (3 एमबीटीयूएच) को स्थिर करने में बहुत मददगार हो सकता है, खासकर गर्मियों के दौरान, हल्के भार के दौरान। एक उपयोगिता बॉयलर इकाई को 5% प्रति मिनट (आईईए कोयला ऑनलाइन - 2, 2007) की दर से लोड बदलने की आवश्यकता हो सकती है।

अन्य तकनीक
पीवी या त्रुटि संकेत को फ़िल्टर (सिग्नल प्रोसेसिंग) करना संभव है। ऐसा करने से अवांछित आवृत्तियों पर सिस्टम की प्रतिक्रिया को कम करके अस्थिरता या दोलनों को कम करने में मदद मिल सकती है। कई प्रणालियों में एक प्रतिध्वनित आवृत्ति  होती है। उस आवृत्ति को फ़िल्टर करके, दोलन होने से पहले मजबूत समग्र प्रतिक्रिया लागू की जा सकती है, जिससे सिस्टम खुद को अलग किए बिना अधिक प्रतिक्रियाशील बना देता है।

फीडबैक सिस्टम को जोड़ा जा सकता है। पीआईडी ​​नियंत्रक # कैस्केड नियंत्रण में, एक नियंत्रण लूप एक निर्देश बिंदु के खिलाफ एक मापा अस्थिर पर नियंत्रण प्रणाली कलन विधि लागू करता है लेकिन फिर प्रक्रिया अस्थिर को सीधे प्रभावित करने के बजाय दूसरे नियंत्रण प्रणाली लूप को एक अलग निर्देश बिंदु प्रदान करता है। यदि किसी प्रणाली में नियंत्रित करने के लिए कई अलग-अलग मापा अस्थिर हैं, तो उनमें से प्रत्येक के लिए अलग नियंत्रण प्रणाली मौजूद होगी।

कई अनुप्रयोगों में नियंत्रण प्रणाली अभियांत्रिकी नियंत्रण प्रणाली का उत्पादन करती है जो पीआईडी ​​​​नियंत्रण से अधिक जटिल होती है। ऐसे क्षेत्र अनुप्रयोगों के उदाहरणों में सितारों के माध्यम से उड़ना विमान नियंत्रण प्रणाली, रासायनिक संयंत्र और तेल रिफाइनरी शामिल हैं। मॉडल भविष्य कहने वाले नियंत्रण  प्रणाली को विशेष  कंप्यूटर एडेड डिजाइन  | सॉफ़्टवेयर और सिस्टम के अनुभवजन्य गणितीय मॉडल का उपयोग करके नियंत्रित किया जाता है।

अस्पष्ट तर्क
अस्पष्ट तर्क जटिल लगातार बदलती प्रणालियों के नियंत्रण प्रणाली के लिए तर्क नियंत्रक के आसान डिज़ाइन को लागू करने का एक प्रयास है। मूल रूप से, अस्पष्ट तर्क व्यवस्था में माप आंशिक रूप से सत्य हो सकता है।

प्रणाली के नियम प्राकृतिक भाषा में लिखे गए हैं और अस्पष्ट तर्क  में अनुवादित हैं। उदाहरण के लिए, भट्ठी के लिए डिजाइन शुरू होगा: यदि तापमान बहुत अधिक है, तो भट्ठी में ईंधन कम करें। यदि तापमान बहुत कम है, तो भट्टी में ईंधन बढ़ाएँ।

वास्तविक दुनिया से माप (जैसे भट्ठी का तापमान) फ़ज़ी डिज़ाइन होते हैं और बूलियन तर्क  के विपरीत तर्क की गणना अंकगणितीय की जाती है, और आउटपुट उपकरण को नियंत्रित करने के लिए डी-फ़ज़ी डिज़ाइन होते हैं।

जब एक मजबूत फ़ज़ी डिज़ाइन को एकल, त्वरित गणना में घटा दिया जाता है, तो यह एक पारंपरिक फीडबैक लूप समाधान जैसा दिखने लगता है और ऐसा लग सकता है कि फ़ज़ी डिज़ाइन अनावश्यक था। हालाँकि, फ़ज़ी लॉजिक प्रतिमान बड़े नियंत्रण प्रणालियों के लिए मापनीयता प्रदान कर सकता है जहाँ पारंपरिक विधियाँ बोझिल या महंगी हो जाती हैं। फ़ज़ी इलेक्ट्रॉनिक्स एक इलेक्ट्रॉनिक तकनीक है जो  डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स  में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले दो-मूल्य वाले तर्क के बजाय फ़ज़ी लॉजिक का उपयोग करती है।

भौतिक कार्यान्वयन
नियंत्रण प्रणाली के कार्यान्वयन की सीमा एक बड़े भौतिक संयंत्र  के लिए औद्योगिक प्रक्रिया नियंत्रण प्रणाली के लिए, एक विशेष मशीन या डिवाइस के लिए समर्पित सॉफ्टवेयर के साथ अक्सर  ठोस नियंत्रक से होती है।

लॉजिक सिस्टम और फीडबैक कंट्रोलर आमतौर पर प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर के साथ लागू किए जाते हैं।

यह भी देखें

 * बिल्डिंग ऑटोमेशन
 * गुणांक आरेख विधि
 * नियंत्रण सिद्धांत
 * साइबरनेटिक्स
 * वितरित कोटा पद्धति
 * ड्रॉप गति नियंत्रण
 * इलेक्ट्रिकल और इलेक्ट्रॉनिक्स इंजीनियरों की शिक्षा और प्रशिक्षण
 * महाकाव्य
 * अच्छा नियामक
 * मार्गदर्शन, नेविगेशन और नियंत्रण
 * पदानुक्रमित नियंत्रण प्रणाली
 * एचवीएसी नियंत्रण प्रणाली
 * औद्योगिक नियंत्रण प्रणाली
 * गति नियंत्रण
 * नेटवर्क नियंत्रण प्रणाली
 * संख्यात्मक नियंत्रण
 * अवधारणात्मक नियंत्रण सिद्धांत
 * पीआईडी ​​नियंत्रक
 * प्रक्रिया नियंत्रण
 * प्रक्रिया का इष्टतीमीकरण
 * निर्देशयोग्य तर्क नियंत्रक
 * नमूना डेटा सिस्टम
 * स्काडा
 * विससिम

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 * महाकाव्यों
 * डूप गति नियंत्रण

बाहरी संबंध

 * SystemControl Create, simulate or HWIL control loops with Python. Includes Kalman filter, LQG control among others.
 * Semiautonomous Flight Direction - Reference unmannedaircraft.org
 * Control System Toolbox for design and analysis of control systems.
 * Control Systems Manufacturer Design and Manufacture of control systems.
 * Mathematica functions for the analysis, design, and simulation of control systems
 * Python Control System (PyConSys) Create and simulate control loops with Python. AI for setting PID parameters.