20.1 : أنظمة التحكم

توجد أنظمة التحكم في كل مكان في المجتمع المعاصر، وتؤثر على تطبيقات متنوعة من الفضاء إلى التصنيع الآلي. يمكن العثور على هذه الأنظمة بشكل طبيعي داخل العمليات البيولوجية، مثل تنظيم نسبة السكر في الدم وتعديل معدل ضربات القلب استجابة للإجهاد، وكذلك في الأنظمة التي من صنع الإنسان مثل المصاعد والمركبات الآلية. نظام التحكم هو في الأساس شبكة من الأنظمة الفرعية والعمليات التي تعمل بشكل تعاوني على تحويل المدخلات المحددة إلى مخرجات مرغوبة.

في قلب أي نظام تحكم توجد عدة مكونات رئيسية: المتغير المتحكم فيه، وإشارة التحكم، ومحطات التحكم، والعمليات، والأنظمة، والاضطرابات، وآليات التحكم بالتغذية الراجعة. المتغير المتحكم فيه هو المتغير الذي يهدف النظام إلى تنظيمه. إشارة التحكم هي التوجيه المرسل إلى النظام لإحداث تغييرات في المتغير المتحكم فيه. تشير المحطات إلى الكيانات المادية التي يتم إدارتها داخل النظام، مثل الآلات في المصنع أو القلب البشري في سياق بيولوجي. تشمل العمليات، العمليات التي تحدث داخل المصنع، مما يدفعه نحو النتيجة المرجوة. النظام نفسه عبارة عن مجموعة منظمة من المكونات التي تعمل نحو هدف محدد. الاضطرابات هي عوامل خارجية يمكن أن تؤثر على أداء النظام عن طريق التسبب في انحرافات عن الناتج المطلوب. يلعب التحكم في التغذية الراجعة دورًا حاسمًا من خلال مراقبة خرج النظام باستمرار وإجراء التعديلات اللازمة لتقليل الفرق بين الناتج الفعلي والمدخل المرجعي.

لنأخذ مثال المصعد. عندما يضغط الراكب على زر، يعمل هذا الإجراء كمدخل لنظام التحكم، الذي يعالج بعد ذلك هذا المدخل ويوجه المصعد إلى الطابق المحدد. يتم تقييم أداء نظام المصعد باستخدام معيارين رئيسيين: الاستجابة العابرة وخطأ الحالة المستقرة.

الاستجابة العابرة هي رد فعل النظام للتغيرات، مثل الحركة الأولية للمصعد عند الضغط على زر. خطأ الحالة المستقرة هو الفرق بين الموضع الفعلي للمصعد والموضع المطلوب بمجرد استقرار النظام واستقراره. إن سلاسة ركوب المصعد وسرعته هي مؤشرات على كفاءة النظام ودقته.

يعد التحكم في التغذية الراجعة جانبًا أساسيًا من جوانب أنظمة التحكم الحديثة. فهو يضمن أن يظل الناتج متسقًا مع المدخلات المطلوبة على الرغم من أي اضطرابات. تعمل هذه الآلية من خلال مقارنة الناتج الفعلي بالمدخلات المرجعية وإجراء تعديلات في الوقت الفعلي لتقليل أي تناقضات. تعد آلية التصحيح الذاتي هذه ضرورية للحفاظ على الاستقرار وتحقيق التحكم الدقيق في الأنظمة الطبيعية والهندسية.

من خلال فهم هذه المكونات وتحسينها، يمكن لمهندسي التحكم تصميم أنظمة قوية وفعالة وقادرة على أداء المهام المعقدة بدقة عالية. يعد هذا الفهم أساسًا للتقدم في العديد من المجالات، من الرعاية الصحية إلى الأتمتة الصناعية، مما يسلط الضوء على الدور المتكامل لأنظمة التحكم في التكنولوجيا الحديثة.