नियंत्रण प्रौद्योगिकी

नियंत्रण इंजीनियरिंग या नियंत्रण प्रणाली इंजीनियरिंग अनुशासन है जो नियंत्रण प्रणाली से संबंधित है, जिससे कि नियंत्रण वातावरण में वांछित व्यवहार के साथ उपकरणों और प्रणालियों को डिजाइन करने के लिए नियंत्रण सिद्धांत प्रयुक्त करता है। नियंत्रण का अनुशासन ओवरलैप होता है और सामान्यतः संसार भर के अनेक संस्थानों में विद्युत अभियन्त्रण और यांत्रिक इंजीनियरिंग के साथ पढ़ाया जाता है।

अभ्यास नियंत्रित होने वाली प्रक्रिया के आउटपुट प्रदर्शन को मापने के लिए सेंसर और डिटेक्टरों का उपयोग करता है। इन मापों का उपयोग वांछित प्रदर्शन प्राप्त करने में सहायता करने के लिए सुधारात्मक प्रतिक्रिया प्रदान करने के लिए किया जाता है। इस प्रकार मानव इनपुट की आवश्यकता के बिना प्रदर्शन करने के लिए डिज़ाइन की गई प्रणालियों को स्वचालित नियंत्रण प्रणाली कहा जाता है (जैसे कार की गति को विनियमित करने के लिए क्रूज नियंत्रण)। सामान्यतः प्रकृति में बहु-अनुशासनात्मक, 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।

अवलोकन
आधुनिक समय नियंत्रण इंजीनियरिंग अध्ययन का अपेक्षाकृत नया क्षेत्र होता है, जिसने 20वीं शताब्दी के समय प्रौद्योगिकी की प्रगति के साथ महत्वपूर्ण ध्यान आकर्षित किया है। इसे नियंत्रण सिद्धांत के व्यावहारिक अनुप्रयोग के रूप में मोटे रूप पर परिभाषित या वर्गीकृत किया जा सकता है। इस प्रकार नियंत्रण इंजीनियरिंग साधारण घरेलू वॉशिंग मशीन से लेकर उच्च-प्रदर्शन वाले एफ-16 लड़ाकू विमान तक, नियंत्रण इंजीनियरिंग की विस्तृत श्रृंखला में आवश्यक भूमिका निभाती है। यह विभिन्न व्यवहारों के साथ इनपुट, आउटपुट और विभिन्न घटकों के संदर्भ में गणितीय मॉडलिंग का उपयोग करके भौतिक प्रणालियों को समझने का प्रयास करता है। चूँकि उन प्रणालियों के लिए नियंत्रक (नियंत्रण सिद्धांत) विकसित करने के लिए नियंत्रण प्रणाली डिजाइन उपकरण का उपयोग करना और उपलब्ध प्रौद्योगिकी को नियोजित करने वाली भौतिक प्रणालियों में नियंत्रकों को क्रियान्वित किया जाता है। सामान्यतः नियंत्रण प्रणाली यांत्रिक इंजीनियरिंग, विद्युत इंजीनियरिंग, द्रव, रासायनिक, वित्तीय या जीव विज्ञान हो सकती है, और इसके गणितीय मॉडलिंग, विश्लेषण और नियंत्रक डिजाइन या डिजाइन समस्या की प्रकृति के आधार पर अनेक समय क्षेत्र, आवृत्ति कार्यक्षेत्र और कॉम्प्लेक्स-एस कार्यक्षेत्र में नियंत्रण सिद्धांत का उपयोग करता है।

नियंत्रण इंजीनियरिंग विशेष प्रकार का इंजीनियरिंग अनुशासन है जो विभिन्न प्रकार की गतिशील प्रणालियों (जैसे यांत्रिकी प्रणाली) के गणितीय मॉडल और नियंत्रकों (नियंत्रण सिद्धांत) के डिजाइन पर ध्यान केंद्रित करता है जो इन प्रणालियों को वांछित तरीके से व्यवहार करने के लिए प्रेरित करता है। चूंकि ऐसे नियंत्रकों को विद्युत होने की आवश्यकता नहीं होती है, किंतु अनेक नियंत्रक होते हैं और इसलिए नियंत्रण इंजीनियरिंग को अधिकांशतः विद्युत इंजीनियरिंग के उपक्षेत्र के रूप में देखा जाता है।

विद्युत परिपथ, डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर और माइक्रोकंट्रोलर सभी का उपयोग नियंत्रण प्रणाली को क्रियान्वित करने के लिए किया जा सकता है। इस प्रकार नियंत्रण इंजीनियरिंग में अनेक आधुनिक ऑटोमोबाइल में उपस्तिथ एयरलाइनर की उड़ान और प्रणोदन प्रणाली से लेकर क्रूज नियंत्रण तक के अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला होती है।

अधिकतर स्थितियों में, नियंत्रण इंजीनियर नियंत्रण प्रणाली डिजाइन करते समय फीडबैक का उपयोग करते हैं। यह अधिकांशतः पीआईडी ​​​​नियंत्रक प्रणाली का उपयोग करके पूर्ण किया जाता है। उदाहरण के लिए, क्रूज नियंत्रण वाले ऑटोमोबाइल में वाहन की गति की लगातार निगरानी की जाती है और प्रणाली को वापस भेज दिया जाता है, जो आंतरिक दहन इंजन मोटर के टॉर्कः को तदनुसार समायोजित करता है। अतः जहां नियमित प्रतिक्रिया होती है, जिससे कि नियंत्रण सिद्धांत का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है कि प्रणाली इस प्रकार की प्रतिक्रिया का उत्तर कैसे देता है। इस प्रकार व्यावहारिक रूप से ऐसी सभी प्रणालियों में स्थिरता सिद्धांत महत्वपूर्ण होता है और नियंत्रण सिद्धांत स्थिरता सुनिश्चित करने में सहायता कर सकता है।

चूंकि फीडबैक नियंत्रण इंजीनियरिंग का महत्वपूर्ण पहलू होता है, अतः नियंत्रण इंजीनियर बिना फीडबैक के भी प्रणाली के नियंत्रण पर कार्य कर सकते हैं। इसे ओपन लूप नियंत्रण के रूप में जाना जाता है। इस प्रकार ओपन लूप नियंत्रण का उत्कृष्ट उदाहरण वाशिंग मशीन है जो सेंसर के उपयोग के बिना पूर्व-निर्धारित चक्र के माध्यम से चलता है।

इतिहास
स्वचालित नियंत्रण प्रणाली प्रथम बार दो हज़ार वर्ष पहले विकसित की गई थी। इस प्रकार रिकॉर्ड पर प्रथम प्रतिक्रिया नियंत्रण उपकरण तीसरी शताब्दी ईसा पूर्व के आसपास मिस्र के अलेक्जेंड्रिया में प्राचीन केटेसिबियोस की जल घड़ी मानी जाती है। चूँकि यह बर्तन में जल के स्तर को नियंत्रित करके समय रखता है और परिणामस्वरूप, उस बर्तन से जल का प्रवाह होता है। यह निश्चित रूप से सफल उपकरण था जिससे कि सन्न 1258 ईस्वी में जब मंगोलों ने शहर पर कब्जा कर लिया था तब भी बगदाद में इसी प्रकार की डिजाइन की जल की घड़ियाँ बनाई जा रही थीं। अतः उपयोगी कार्यों को पूर्ण करने के लिए या केवल मनोरंजन के लिए सदियों से विभिन्न प्रकार के स्वचालित उपकरणों का उपयोग किया जाता रहा है। सामान्यतः उत्तरार्द्ध में 17 वीं और 18 वीं शताब्दी में यूरोप में लोकप्रिय ऑटोमेटा सम्मिलित है, जिसमें नृत्य करने वाली आकृतियाँ सम्मिलित होती हैं जो कार्य को बार-बार दोहराते हैं। यह ऑटोमेटा ओपन-लूप नियंत्रण के उदाहरण हैं। इस प्रकार प्रतिक्रिया, या "बंद-लूप" स्वचालित नियंत्रण उपकरणों के मध्य मील के पत्थर, कॉर्नेलिस ड्रेबेल, लगभग सन्न 1620, और 1788 में जेम्स वाट द्वारा भाप इंजन की गति को विनियमित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले केन्द्रापसारक फ्लाईबॉल गवर्नर के लिए जिम्मेदार भट्ठी के तापमान नियामक सम्मिलित होते हैं।

अपने सन्न 1868 के पेपर "ऑन गवर्नर्स" में, जेम्स क्लर्क मैक्सवेल नियंत्रण प्रणाली का वर्णन करने के लिए अंतर समीकरणों का उपयोग करते हुए फ्लाईबॉल गवर्नर द्वारा प्रदर्शित अस्थिरताओं की व्याख्या करने में सक्षम थे। इस प्रकार इसने समष्टि परिघटनाओं को समझने में गणितीय मॉडलों और विधियों के महत्व और उपयोगिता को प्रदर्शित किया था, और इसने गणितीय नियंत्रण और प्रणाली सिद्धांत के प्रारंभ का संकेत दिया था। अतः नियंत्रण सिद्धांत के तत्व पहले प्रकट हुए थे किन्तु मैक्सवेल के विश्लेषण के रूप में नाटकीय रूप से और दृढ़ता से नहीं होता था।

नियंत्रण सिद्धांत ने अगली शताब्दी में महत्वपूर्ण प्रगति की गयी है। इस प्रकार नई गणितीय विधियों के साथ-साथ इलेक्ट्रॉनिक और कंप्यूटर प्रौद्योगिकियों में प्रगति ने मूल फ्लाईबॉल गवर्नर को स्थिर करने की तुलना में अधिक से अधिक समष्टि गतिशील प्रणालियों को नियंत्रित करना संभव बना दिया था। चूँकि नई गणितीय विधियों में सन्न 1950 और 1960 के दशक में इष्टतम नियंत्रण में विकास सम्मिलित था, इसके पश्चात् सन्न 1970 और 1980 के दशक में स्टोकेस्टिक, शक्तिशाली, अनुकूली, अरैखिक नियंत्रण विधियों में प्रगति हुई थी। सामान्यतः नियंत्रण पद्धति के अनुप्रयोगों ने संभव अंतरिक्ष यात्रा और संचार उपग्रह, सुरक्षित और अधिक कुशल विमान, क्लीनर ऑटोमोबाइल इंजन, और क्लीनर और अधिक कुशल रासायनिक प्रक्रियाओं को बनाने में सहायता की है।

अद्वितीय अनुशासन के रूप में उभरने से पहले, नियंत्रण इंजीनियरिंग का अभ्यास यांत्रिक इंजीनियरिंग के भाग के रूप में किया जाता था और नियंत्रण सिद्धांत का अध्ययन विद्युत इंजीनियरिंग के भाग के रूप में किया जाता था जिससे कि विद्युत परिपथ को अधिकांशतः नियंत्रण सिद्धांत विधियों का उपयोग करके सरलता से वर्णित किया जा सकता है। इस प्रकार पहले नियंत्रण संबंधों में, वर्तमान आउटपुट को वोल्टेज नियंत्रण इनपुट द्वारा प्रतिनिधित्व किया गया था। चूंकि, विद्युत नियंत्रण प्रणालियों को प्रयुक्त करने के लिए पर्याप्त विधि नहीं होने के कारण, डिजाइनरों को कम कुशल और धीमी गति से प्रतिक्रिया करने वाली यांत्रिक प्रणालियों के विकल्प के साथ छोड़ दिया गया था। अतः बहुत प्रभावी यांत्रिक नियंत्रक जो अभी भी कुछ जल विद्युत संयंत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, यह केन्द्रापसारक राज्यपाल है। सामान्यतः पश्चात् में, आधुनिक पावर इलेक्ट्रॉनिक्स से पूर्व, औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए प्रक्रिया नियंत्रण प्रणाली यांत्रिक इंजीनियरों द्वारा वायवीय और हाइड्रोलिक प्रणाली नियंत्रण उपकरणों का उपयोग करके तैयार की गई थी, जिनमें से अनेक वर्तमान में भी उपयोग में हैं।

शिक्षा
संसार भर के अनेक विश्वविद्यालयों में, नियंत्रण इंजीनियरिंग पाठ्यक्रम मुख्य रूप से विद्युत इंजीनियरिंग और यांत्रिक इंजीनियरिंग में पढ़ाए जाते हैं, किन्तु कुछ पाठ्यक्रमों को मेक्ट्रोनिक्स इंजीनियरिंग और अंतरिक्ष इंजिनीयरिंग में पढ़ाया जा सकता है। इस प्रकार अन्य में, नियंत्रण इंजीनियरिंग कंप्यूटर विज्ञान से जुड़ा हुआ है, जिससे कि अधिकांश नियंत्रण विधियों को वर्त्तमान में कंप्यूटर के माध्यम से कार्यान्वित किया जाता है, अधिकांशतः अंतः स्थापित प्रणालियाँ (ऑटोमोटिव क्षेत्र में) के रूप में कार्यान्वित किया जाता है। चूँकि रासायनिक इंजीनियरिंग के अंदर नियंत्रण के क्षेत्र को अधिकांशतः प्रक्रिया नियंत्रण के रूप में जाना जाता है। यह मुख्य रूप से किसी पौधे में रासायनिक प्रक्रिया में चरों के नियंत्रण से संबंधित होता है। इसे किसी भी रासायनिक इंजीनियरिंग कार्यक्रम के स्नातक पाठ्यक्रम के भाग के रूप में पढ़ाया जाता है और नियंत्रण इंजीनियरिंग में समान सिद्धांतों में से अनेक को नियोजित करता है। सामान्यतः अन्य इंजीनियरिंग विषय भी नियंत्रण इंजीनियरिंग के साथ ओवरलैप करते हैं जिससे कि इसे किसी भी प्रणाली पर क्रियान्वित किया जा सकता है जिसके लिए उपयुक्त मॉडल प्राप्त किया जा सकता है। चूँकि, विशेष नियंत्रण इंजीनियरिंग विभाग उपस्तिथ होता हैं, उदाहरण के लिए, इटली में स्वचालन और रोबोटिक्स में अनेक मास्टर हैं जो नियंत्रण इंजीनियरिंग या शेफ़ील्ड विश्वविद्यालय में स्वचालित नियंत्रण और प्रणाली इंजीनियरिंग विभाग में पूर्ण प्रकार से विशिष्ट होता हैं। या विभाग संयुक्त राज्य नौसेना अकादमी में रोबोटिक्स एंड नियंत्रण इंजीनियरिंग और इस्तांबुल विधिक विश्वविद्यालय में नियंत्रण और स्वचालन इंजीनियरिंग विभाग होता है।

नियंत्रण इंजीनियरिंग में विविध अनुप्रयोग हैं जिनमें विज्ञान, वित्त प्रबंधन और यहां तक ​​कि मानव व्यवहार सम्मिलित होता हैं। इस प्रकार नियंत्रण इंजीनियरिंग के छात्र समय और कॉम्प्लेक्स-एस कार्यक्षेत्र से निपटने वाले रैखिक नियंत्रण प्रणाली पाठ्यक्रम के साथ प्रारंभ कर सकते हैं, जिसके लिए प्रारंभिक गणित और लाप्लास परिवर्तन में संपूर्ण पृष्ठभूमि की आवश्यकता होती है, जिसे मौलिक नियंत्रण सिद्धांत कहा जाता है। इस प्रकार रैखिक नियंत्रण में, छात्र आवृत्ति और समय कार्यक्षेत्र विश्लेषण करता है। अतः डिजिटल नियंत्रण और गैर-रैखिक नियंत्रण पाठ्यक्रमों के लिए क्रमशः जेड परिवर्तन और बीजगणित की आवश्यकता होती है, और कहा जा सकता है कि यह मूलभूत नियंत्रण शिक्षा को पूर्ण करता है।

करियर
नियंत्रण इंजीनियर का करियर स्नातक की डिग्री से प्रारंभ होता है और कॉलेज की प्रक्रिया के समय जारी रह सकता है। इस प्रकार नियंत्रण इंजीनियर की डिग्री को विद्युत या यांत्रिक इंजीनियरिंग डिग्री के साथ अच्छी प्रकार से जोड़ी जाती है। चूँकि नियंत्रण इंजीनियरों को सामान्यतः विधि प्रबंधन में नौकरियां मिलती है जहां वह सामान्यतः अंतःविषय परियोजनाओं का नेतृत्व करते हैं। अतः एयरोस्पेस कंपनियों, विनिर्माण कंपनियों, ऑटोमोबाइल कंपनियों, विद्युत कंपनियों और सरकारी एजेंसियों में नौकरी के अनेक अवसर होते हैं। सामान्यतः नियंत्रण इंजीनियर्स को नियुक्त करने वाले कुछ स्थानों में रॉकवेल ऑटोमेशन, नासा, फोर्ड और गुडरिच जैसी कंपनियां सम्मिलित होती हैं। इस प्रकार नियंत्रण इंजीनियर संभवतः लॉकहीड मार्टिन कॉर्प से वार्षिक $66के कमा सकते हैं। वह जनरल मोटर्स कॉर्पोरेशन से वार्षिक $96के तक भी कमा सकते हैं।

अधिकांशतः नियंत्रण इंजीनियरिंग सर्वेक्षण के अनुसार, उत्तर देने वाले अधिकांश लोग अपने स्वयं के करियर के विभिन्न रूपों में नियंत्रण इंजीनियर थे। इस प्रकार नियंत्रण अभियंता के रूप में वर्गीकृत किए जाने वाले बहुत से करियर नहीं हैं, उनमें से अधिकतर विशिष्ट करियर हैं जो नियंत्रण इंजीनियरिंग के व्यापक करियर के लिए छोटी सी समानता रखते हैं। सन्न 2019 में सर्वेक्षण में भाग लेने वाले अधिकांश नियंत्रण इंजीनियर प्रणाली या उत्पाद डिज़ाइनर, या यहाँ तक कि नियंत्रण या उपकरण इंजीनियर हैं। अधिकांश नौकरियों में प्रक्रिया इंजीनियरिंग या उत्पादन या रखरखाव सम्मिलित है, वह नियंत्रण इंजीनियरिंग के कुछ रूपांतर हैं।

हालिया उन्नति
मूल रूप से, नियंत्रण इंजीनियरिंग सभी निरंतर प्रणालियों के बारे में थी। कंप्यूटर नियंत्रण उपकरणों के विकास ने असतत नियंत्रण प्रणाली इंजीनियरिंग की आवश्यकता उत्पन्न की जिससे कि कंप्यूटर आधारित डिजिटल नियंत्रक और भौतिक प्रणाली के मध्य संचार कंप्यूटर घड़ी द्वारा नियंत्रित होता है। असतत कार्यक्षेत्र में लाप्लास परिवर्तन के समतुल्य Z-रूपांतरण है। आज, अनेक नियंत्रण प्रणालियां कंप्यूटर नियंत्रित हैं और उनमें डिजिटल और एनालॉग दोनों घटक सम्मिलित हैं।

इसलिए, डिज़ाइन चरण में या तब डिजिटल घटकों को निरंतर कार्यक्षेत्र में मानचित्र किया जाता है और डिज़ाइन को निरंतर कार्यक्षेत्र में किया जाता है, या एनालॉग घटकों को असतत कार्यक्षेत्र में मानचित्र किया जाता है और वहाँ डिज़ाइन किया जाता है। इन दो विधियों में से पहला सामान्यतः अभ्यास में अधिक पाया जाता है जिससे कि अनेक औद्योगिक प्रणालियों में कुछ डिजिटल नियंत्रकों के साथ यांत्रिक, द्रव, जैविक और एनालॉग विद्युत घटकों सहित अनेक निरंतर प्रणाली घटक होते हैं।

इसी प्रकार, डिजाइन विधि पेपर-एंड-रूलर आधारित मैनुअल डिजाइन से कंप्यूटर एडेड डिजाइन और वर्तमान कंप्यूटर-स्वचालित डिजाइन या सीएडी के लिए आगे बढ़ी है, जो विकासवादी संगणना द्वारा संभव बनाया गया है। सीएडी को न केवल पूर्वनिर्धारित नियंत्रण योजना को ट्यून करने के लिए प्रयुक्त किया जा सकता है, किंतु नियंत्रक संरचना अनुकूलन, प्रणाली पहचान और उपन्यास नियंत्रण प्रणालियों के आविष्कार के लिए भी, किसी विशिष्ट नियंत्रण योजना से स्वतंत्र प्रदर्शन आवश्यकता पर आधारित है।

लचीला नियंत्रण प्रणालियां ढांचे में केवल नियोजित अस्तव्यस्तता को संबोधित करने के पारंपरिक फोकस का विस्तार करती हैं और अनेक प्रकार की अप्रत्याशित अस्तव्यस्तता को दूर करने का प्रयास करती हैं; विशेष रूप से, दुर्भावनापूर्ण अभिनेताओं, असामान्य विफलता मोड, अवांछनीय मानवीय क्रिया, आदि के उत्तर में नियंत्रण प्रणाली के व्यवहारों को अपनाना और बदलना।

यह भी देखें

 * स्वचालन इंजीनियरिंग
 * विद्युत अभियन्त्रण
 * संचार इंजीनियरिंग
 * उपग्रह नेविगेशन
 * नियंत्रण इंजीनियरिंग की रूपरेखा
 * उन्नत प्रक्रिया नियंत्रण
 * बिल्डिंग ऑटोमेशन
 * कंप्यूटर-स्वचालित डिज़ाइन (CAutoD, CAutoCSD)
 * नियंत्रण पुनर्गठन
 * प्रतिक्रिया
 * एच-अनंत
 * लीड-लैग कम्पेसाटर
 * इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग विषयों की सूची # नियंत्रण इंजीनियरिंग
 * मात्रात्मक प्रतिक्रिया सिद्धांत
 * यूनीसाइकिल गाड़ी
 * राज्य स्थान (नियंत्रण)
 * स्लाइडिंग मोड नियंत्रण
 * प्रणाली अभियांत्रिकी
 * टीपीटी (सॉफ्टवेयर)
 * विस्सिम
 * नियंत्रण इंजीनियरिंग (पत्रिका)पत्रिका)
 * ईकास्लैब
 * समय श्रृंखला
 * प्रक्रिया नियंत्रण प्रणाली
 * रोबोट नियंत्रण
 * मेकाट्रोनिक्स

बाहरी संबंध

 * संसार भर में नियंत्रण प्रयोगशालाएँ
 * मिशिगन रासायनिक इंजीनियरिंग प्रोसेस डायनेमिक्स एंड कंट्रोल्स ओपन टेक्स्टबुक
 * नियंत्रण प्रणाली इंटीग्रेटर्स एसोसिएशन
 * नियंत्रण प्रणाली इंटीग्रेटर्स की सूची
 * यांत्रिक इंजीनियर्स संस्थान - मेक्ट्रोनिक्स, सूचना विज्ञान और नियंत्रण समूह (एमआईसीजी)
 * प्रणाली विज्ञान एवं नियंत्रण इंजीनियरिंग: एक ओपन एक्सेस जर्नल