בתחום ההנדסה, מערכת בקרה היא מערכת שנועדה לנהל ולווסת התנהגות של מערכת או תהליך אחר.
מערכות בקרה משמשות במגוון רחב של יישומים, החל מהנדסת תעופה וחלל וכלה בתהליכים כימיים וייצור.
במאמר זה נחקור את היסודות של מערכות הבקרה, הסוגים השונים של מערכות הבקרה והיישומים שלהן.
מהי מערכת בקרה?
מערכת בקרה היא מערכת שנועדה לנהל ולווסת את ההתנהגות של מערכת או תהליך אחר.
זוהי מערכת המשתמשת במנגנוני משוב כדי לשמור על הביצועים הרצויים של תהליך או מערכת.
במילים אחרות, מערכת בקרה היא מערכת שנועדה להבטיח שתהליך או מערכת מתנהגים בצורה שהם אמורים להתנהג.
מערכת בקרה מורכבת בדרך כלל משלושה מרכיבים עיקריים: הקלט, הבקר והפלט.
הקלט הוא האות או המידע המוזן לבקר.
הבקר מעבד את הקלט ומייצר אות פלט, המשמש לוויסות התנהגות המערכת או התהליך.
הפלט הוא האות או המידע המוזן חזרה למערכת או לתהליך, אשר משפיע לאחר מכן על אות הקלט.
סוגי מערכות בקרה
ישנם מספר סוגים של מערכות בקרה, כל אחת עם מאפיינים ויישומים ייחודיים משלה.
שלושת הסוגים הנפוצים ביותר של מערכות בקרה הם מערכות בקרה בחוג פתוח,
מערכות בקרה בחוג סגור ומערכות בקרת זרימה קדימה (feedforward).
מערכות בקרה בחוג פתוח
מערכת בקרה בלולאה פתוחה היא מערכת בקרה שאינה משתמשת במשוב כדי לווסת את התנהגות המערכת או התהליך.
במקום זאת, היא מסתמכת על מערכת קבועה מראש של הוראות או כללים כדי לשלוט במערכת או בתהליך.
דוגמה למערכת בקרה בחוג פתוח היא מכונת כביסה שמתוכנתת לכבס בגדים למשך פרק זמן מסוים בטמפרטורה מסוימת.
מערכות בקרה בחוג סגור
מערכת בקרה במעגל סגור, המכונה גם מערכת בקרת משוב, היא מערכת בקרה המשתמשת במשוב
כדי לווסת את התנהגות המערכת או התהליך.
במערכת בקרה בחוג סגור, אות הפלט מוזן חזרה למערכת, אשר משמשת לאחר מכן לכוונון אות הכניסה.
דוגמה למערכת בקרה בחוג סגור היא תרמוסטט המווסת את הטמפרטורה של החדר על ידי חישת הטמפרטורה
והתאמת מערכת החימום או הקירור בהתאם.
מערכות בקרה בזרימה קדימה
מערכת בקרת בזרימה קדימה היא מערכת בקרה המשתמשת באלגוריתמים חזויים כדי לצפות שינויים במערכת
או בתהליך ולהתאים את אות הקלט בהתאם.
שלא כמו מערכות בקרה בחוג סגור, המסתמכות על משוב כדי להתאים את המערכת או התהליך,
מערכות בקרת זרימה קדימה צופים שינויים ומבצעות התאמות לפני שהם מתרחשים.
דוגמה למערכת בקרת זרימה קדימה היא מערכת טייס אוטומטי של מטוס, המשתמשת באלגוריתמים חזויים
כדי להתאים את מסלול המטוס על סמך מהירות הרוח וגורמים סביבתיים אחרים.
יישומים של מערכות בקרה
מערכות בקרה משמשות במגוון רחב של יישומים, החל מהנדסת תעופה וחלל וכלה בתהליכים כימיים וייצור.
חלק מהיישומים הנפוצים ביותר של מערכות בקרה כוללים.
הנדסת תעופה וחלל ורכב
מערכות בקרה נמצאות בשימוש נרחב בהנדסת תעופה וחלל ורכב כדי לווסת את התנהגותם של מטוסים, חלליות וכלי רכב.
מערכות בקרה משמשות לוויסות המהירות, הגובה והמסלול של מטוסים וחלליות, ולוויסות המהירות והכיוון של כלי רכב.
כימיקלים ותהליכי ייצור
מערכות בקרה משמשות בתהליכים כימיים וייצור כדי לווסת את ההתנהגות של תהליכים תעשייתיים.
מערכות בקרה משמשות לוויסות הטמפרטורה, הלחץ וקצב הזרימה של תהליכים תעשייתיים, ועל מנת להבטיח
כי המוצרים מיוצרים בתקני האיכות הרצויים.
רובוטיקה ואוטומציה
מערכות בקרה נמצאות בשימוש נרחב ברובוטיקה ואוטומציה כדי לווסת את ההתנהגות של מערכות רובוטיות.
מערכות בקרה משמשות לוויסות התנועה, המהירות והכיוון של מערכות רובוטיות, וכדי להבטיח שמערכות רובוטיות
פועלות בצורה בטוחה ויעילה.
