கட்டுப்பாட்டுப் பொறியியல்

கொலம்பியா விண்ணோட இயக்கத்தில் கட்டுப்பாட்டுப் பொறியியல் பெரும்பங்கு வகிக்கிறது.

கட்டுப்பாட்டுப் பொறியியல், (Control Engineering) என்பது கட்டுபாட்டுச் சூழலில் தேவைப்படும் நடத்தையைப் பெறுமாறு ஒரு பொருளின் இயக்கத்தை கட்டுபாட்டுக் கோட்பாட்டின் (Control Systems Theory) அடிப்படையில் வடிவமைக்கும் பொறியியல் புலமாகும்.. கட்டுபாட்டுப் புலம் மின்பொறியியலில் ஒரு பாடமாக உலகின் பல நிறுவனங்களில் நடத்தப்படுகிறது.

நடைமுறையில் குறிப்பிட்ட கட்டுபடுத்தப்படும் செயல்முறையின் செயல்திறத்தை மதிப்பிட உணரிகளும் காணிகளும் பயன்படுகின்றன; இந்த அளவீடுகள், குறிப்பிட்ட செயல்முறையின் தேவையான நடத்தையை அடைய வேண்டப்படும், திருத்தப் பின்னூட்டத்தைத் தருகின்றன. மாந்த உள்ளீடு இல்லாமல் செயல்பட வடிவமைக்கும் அமைப்புகள் தன்னியக்கக் கட்டுபாட்டு அமைப்புகள் எனப்படுகின்றன. எடுத்துகாட்டாக சீருந்து வேகத்தை ஒழுங்குபடுத்தும் வேகக் கட்டுபடுத்தியைக் கூறலாம். கட்ட்பாட்டு அமைப்புப் பொறியியல் பலபுலத் தன்மை வாய்ந்த்தாக உள்ளதால், கட்டுபாட்டு அமைப்புப் பொறியியல் பல்வேறு வகைசார்ந்த அமைப்புகளின் கணிதவியல் படிமங்களைப் பயன்படுத்தி அவற்றின் கட்டுபாட்டு அமைப்பை வடிவமைத்து நடைமுறைப்படுத்தலில் கவனத்தைக் குவிக்கிறது.

பருந்துப்பார்வை

புத்தியல் கட்டுபாட்டுப் பொறியியல் 20 ஆம் நூற்றாண்டுத் தொழில்நுட்ப வளர்ச்சியால் கணிசமான கவனத்தை ஈர்த்த புதிய பொறியியல் புலமாகும். இது கட்டுபாட்டுக் கோட்பாட்டை நடைமுறையில் தொழில்நுட்பப் புலத்துக்குப் பயன்படுத்தியதால் உருவாகிய பொறியியல் புலமென வரையறுக்கலாம். பல்வேறு கட்டுபாட்டு அமைப்புகளில் இந்தக் கட்டுபாட்டுப் பொறியியல் முதன்மையான பாத்திரம் வகிக்கிறது. இவற்றில் வீட்டில் பயன்படும் சலவை எந்திரம் முதல் வான்கலத்தின் உயர்செயல்திற F-16 வகை போர் விமானம் வரை அடங்கும். இது புறநிலை அமைப்புகளைக் கணிதப் படிமங்களால் உள்ளீடு, வெளியீடு வழியாகப் புரிந்துகொள்ள முயல்கிறது. மேலும் அவ்வமைப்புகளின் உறுப்புகளின் தனி நடத்தைகளையும் ஒருங்கிணைப்பதிலும் அக்கறை கொள்கிறது; பின்னர், அவ்வஐப்புகளுக்கான கட்டுபடுத்திகளைக் கட்டுபாட்டு வடிவமைப்பு முறைகளைப் பயன்படுத்தி உருவாக்குகிறது; அவற்றை புறநிலை அமைப்புகளில் கிடைக்கும் தொழில்நுட்ப வளர்ச்சியால் இணைத்து நடைமுறைப்படுத்துகிறது. கட்டுபாட்டு அமைப்பு எந்திரவகையாகவோ மின்னியல் வகையாகவோ பாய்ம வகையாகவோ வேதியியல் வகையாகவோ நிதியியல் வகையாகவோ உயிரியல் வகையாகவோ அமையலாம். இதற்கான கணிதவியல் படிம்மும் பகுப்பாய்வும் கட்டுபடுத்தி வடிவமைப்பும் கட்டுபாட்டுக் கோட்பாட்டை, வடிவமைப்பின் தன்மையைப் பொறுத்து, நேரக்களம், அலைவெண் களம், S களம் (சிக்கலெண்-s களம்) ஆகியவற்றில் ஒன்று அல்லது பல களங்களில் பயன்படுத்துகிறது .

கட்டுப்பாட்டுப் பொறியியலின் முதன்மையான நோக்கம் பொருளின் இயக்கத்தை நிலைப்புத்தன்மை உடையதாக மாற்றுவது. கட்டுப்பாட்டில் இரு வேறு முரண்பட்ட குறிக்கோள்கள் உள்ளன.

• செயலாக்கம் (Performance) - இது பொருளின் இயக்கம் அதன் நோக்கத்தை திறம்பட நிறைவு செய்வது.
• உரன் உடைமை (Robustness) - இது ஒரு பொருளின் இயக்கத்தினூடே நேரும் இடையீடுகளை திறம்பட எதிர்கொள்வது.

இயக்கத்தை செயலாக்கத்தை சீரிய முறையில் கட்டுப்படுத்த கட்டுப்பாட்டு அமைப்பின் ஈட்டம் அல்லது மிகைப்பு (Gain) தேவைப்படும். ஆனால் இயக்கத்தினூடே நேரும் இடையீடுகள் அதன் விளைவிலும் எதிரொலிப்பதால் செயலாக்கம் குறைந்த உரன் உடைமைக்கு இட்டுச் செல்கிறது.

வரலாறு

நீர்க் கடிகாரக் கட்டுபாடு மிக அறைகூவல் மிக்க பயன்பாடுகளில் ஒன்றாகும்

தானியங்கு கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகள் முதன்முதலில் 2000 ஆண்டுகளுக்கு முன்பு வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன. கி.மு 300 ஆண்டளவில் எகிப்திய நாட்டு அலக்சாந்திரியாவில் உள்ள கெட்சிபையோசு நீர்மக் கம்பப் பகுப்பு தான் முதல் பதிவுசெய்யப்பட்ட வழிகாட்டல் கட்டுப்பாட்டு அமைப்பாக கருதப்படுகிறது. கி.மு 300 ஆண்டளவில் எகிப்திய நாட்டு அலக்சாந்திரியாவில் உள்ள கெட்சிபையோசு நீர்க் கடிகாரம் தான் முதல் பதிவுசெய்யப்பட்ட வழிகாட்டல் கட்டுப்பாட்டு அமைப்பாக கருதப்படுகிறது. ஒரு கலனில் உள்ள நீரின் மட்டத்தைக் கட்டுப்படுத்தி அதன்வழியாக பாயும் நீரின் பருமனை அளந்து நேரத்தைக் கணித்தது. இக்கருவி மிகவும் வெற்றிகரமானதாக இருந்தது. வேறு சில தானியங்கு அமைப்புகள் காலங்காலமாக பல நூற்றாண்டுகளாக வழக்கில் இருந்தாலும் 17 மற்றும் 18 ஆம் நூற்றாண்டில்தான் திறந்த கண்ணி கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகள் பெயர்பெறத் தொடங்கின. இவை சில அரும்பணிகளைச் செய்யவும் சில பொழுதுபோக்குக்காகவும் அமைந்தன. எடுத்துகாட்டாக ஒரேவகை நடன அடவுகளை மீண்டும் மீண்டும் செய்த நடனப் பாவைகள் குறிப்பிட்தக்கன. சிறப்பான வளர்ச்சி, 1691 ஆம் ஆண்டு டிரெப்பல் சிர்கா என்பவர் உலைகளின் கட்டுபாட்டுக்காக உருவாக்கிய வெப்பநிலைச் சீராக்கியும், 1788ஆம் ஆண்டு ஜேம்ஸ் வாட் நீராவி இயந்திரத்திற்காக உருவாக்கிய பறக்கும் பந்து சீராக்கியும் இணைந்த கண்ணித் தானியங்கு கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகளின் வளர்ச்சிக்கு வழிவகுத்தன.

ஜேம்சு கிளார்க் மேக்சுவெல் தனது 1868 ஆம் ஆண்டுr "ஆளிகைகளைப் பற்றி (On Governors)" எனும் ஆய்வுக் கட்டுரையில் பறக்கும் பந்து ஆளிகைகளின் நிலைப்பின்மையைத் வகையக் கலனச் சமன்பாட்டால் விளக்கினார். இது தான் முதன்முதலாக கட்டுபாட்டு அமைப்பை விளக்கப் பயன்படுத்திய கணிதவியல் படிமம் ஆகும். இது சிக்கலான நிகழ்வுகளைப் புரிந்துகொள்வதில் கணிதவியல் படிமங்களின் சிறப்பையும் முதன்மையையும் விளக்கியது. இதுவே கணிதவியல் அமைப்புக் கோட்பாடு. கட்டுபாட்டுக் கோட்பாடு ஆகிய புலங்களின் முறையான தோற்றத்தையும் குறித்தது. கட்டுபாட்டுக் கோட்பாட்டின் அடிப்படைகள் முன்பே இருந்தாலும் அவை மேக்சுவெல் பகுப்பாய்வைப் போல நிறைவானவையாகவோ புரட்சிகரமாகவோ அமையவில்லை.

மேலும் காண்க

• மின்பொறியியல்
• தொடர்புப் பொறியியல்
• கட்டமைப்புப் பொறியியல்

மேலும் படிக்க

• Christopher Kilian (2005). Modern Control Technology. Thompson Delmar Learning. பன்னாட்டுத் தரப்புத்தக எண்:1-4018-5806-6. 
• Bennett, Stuart (June 1986). A history of control engineering, 1800-1930. IET. பன்னாட்டுத் தரப்புத்தக எண்:978-0-86341-047-5. https://archive.org/details/historyofcontrol0000benn. 
• Bennett, Stuart (1993). A history of control engineering, 1930-1955. IET. பன்னாட்டுத் தரப்புத்தக எண்:978-0-86341-299-8. 
• Arnold Zankl (2006). Milestones in Automation: From the Transistor to the Digital Factory. Wiley-VCH. பன்னாட்டுத் தரப்புத்தக எண்:3-89578-259-9. https://archive.org/details/milestonesinauto0000zank. 
• Gene F. Franklin; Powell, J. David; Emami-Naeini, Abbas (2014) (in English (U.S.)). Feedback control of dynamic systems (7th ). Stanford Cali. U.S.: Pearson. பக். 880. பன்னாட்டுத் தரப்புத்தக எண்:9780133496598. 

வெளி இணைப்புகள்

• Control Labs Worldwide பரணிடப்பட்டது 2012-12-11 at the வந்தவழி இயந்திரம்
• The Michigan Chemical Engineering Process Dynamics and Controls Open Textbook
• Control System Integrators Association
• List of control systems integrators
• Institution of Mechanical Engineers - Mechatronics, Informatics and Control Group (MICG)