नियंत्रण सिद्धांत - विभेदक समीकरण और राज्य चर विवरण


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मैं एक 3-वर्षीय स्नातक छात्र हूं और मुझसे गलती हो सकती है लेकिन मैंने जो समझा है उससे: नियंत्रण सिद्धांत में हम मानते हैं कि अध्ययन किए गए सिस्टम में स्टेट वेरिएबल विवरण है। फिर वहां से हम यह प्राप्त कर सकते हैं कि ऐसी प्रणालियों के लिए स्थानांतरण फ़ंक्शन उचित होना चाहिए। लेकिन, स्टेट वेरिएबल का वर्णन करने का अर्थ है कि सिस्टम को एक साधारण अंतर समीकरण द्वारा या समकक्ष समीकरणों की प्रणाली द्वारा समान रूप से वर्णित किया जा सकता है। मैं वास्तव में आश्वस्त नहीं हूं कि सभी भौतिक प्रणालियों का वर्णन ऐसे समीकरणों द्वारा किया जा सकता है। हालाँकि मुझे नहीं पता कि वहाँ किस तरह का अन्य विवरण हो सकता है, मैं कुछ मजबूत तर्क खोजना चाहूंगा। मुझे लगता है कि इसे द्रव या न्यूटोनियन गतिकी के समीकरणों के साथ करना होगा, लेकिन अगर कोई व्यक्ति अधिक विशिष्ट हो सकता है तो मैं इसकी सराहना करूंगा।


आंशिक अंतर समीकरण भी कुछ प्रणालियों का वर्णन करते हैं, लेकिन नियमित ओडीई की तुलना में इस तरह के सिस्टम के लिए नियंत्रण सिद्धांत कहीं अधिक जटिल है।
पॉल

सिस्टम के अलावा जो केवल क्वांटम यांत्रिकी का उपयोग करके वास्तविक रूप से वर्णित किया जा सकता है, आप सिद्धांत रूप में न्यूटोनियन या सापेक्षवादी यांत्रिकी, ईएम विकिरण के लिए मैक्सवेल के समीकरणों का उपयोग करके किसी भी भौतिक प्रणाली का वर्णन कर सकते हैं। तो नियंत्रण सिद्धांत के लगभग हर "वास्तविक दुनिया" आवेदन को आंशिक अंतर समीकरणों की एक प्रणाली द्वारा वर्णित किया जा सकता है। बेशक, वास्तविक-विश्व नियंत्रण सिद्धांत का "चतुर भाग" सिस्टम के व्यवहार का एक छोटा और उपयोगी विवरण खोजना है - 10 डीओएफ मॉडल 1,000,000 डीओएफ के साथ बड़े यांत्रिक या तरल गतिकी मॉडल की तुलना में बहुत अधिक प्रबंधनीय है।
एलेफ़ेज़ेरो

जवाबों:


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मेरे एक प्रोफेसर, बहुत पहले, एक बार चुटकी ली:

"मुझे एक शब्द दें ... कोई भी शब्द ... और मैं आपको दिखाऊंगा कि कैसे उस शब्द की जड़ एक पीडीई है!"

दर्शन का एक स्पर्श
सभी भौतिक प्रणालियाँ गणितीय समीकरणों के कुछ सेटों द्वारा तैयार की जाती हैं, जैसे वे विभेदक, बीजगणितीय, अभिन्न, स्टोकेस्टिक, आदि हैं। भौतिक प्रणालियों के सबसे सरल मॉडल केवल समय चर (यानी सामान्य समीकरण) में भिन्नता मानते हैं। जबकि ये मॉडल "वास्तविक भौतिकी" की तुलना में बहुत सरल हैं, वे अक्सर विशिष्ट इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों के लिए "अच्छे पर्याप्त" होते हैं क्योंकि हम, इंजीनियर के रूप में, अक्सर केवल समय के साथ सिस्टम के इनपुट-आउटपुट व्यवहार के बारे में परवाह करते हैं।

ODE मॉडल के लाभ:
अन्य चर (विशेष रूप से स्थान) के संबंध में सभी विविधताओं को अनदेखा करना बस चीजों को गणना और विश्लेषण दोनों के लिए आसान बनाता है (अन्य प्रकार के अंतर समीकरणों की तुलना में)। आप इंपल्स और फ़्रीक्वेंसी रिस्पॉन्स, बोड प्लॉट्स, इत्यादि सहित विश्लेषण उपकरणों के एक बड़े सौदे का लाभ उठा सकते हैं ... यदि ओडीई की आपकी प्रणाली एक सेटपॉइंट के आसपास रैखिक या अन्यथा रैखिक है, तो आप अक्सर पीआईडी, एलक्यूआर जैसी मानक नियंत्रण तकनीकों का उपयोग कर सकते हैं। , और एलक्यूजी।

गैर-ओडीई मॉडल के नुकसान
मैं इस बात पर जोर देता हूं कि ओडीई को इनोफ़ार का विश्लेषण करना सरल है क्योंकि उन्हें एक इंजीनियर के लिए आवश्यक न्यूनतम गणितीय जटिलता की आवश्यकता होती है। बेशक, भौतिक प्रणालियों के अधिक जटिल मॉडल (उदाहरण के लिए आंशिक अंतर समीकरण) हैं जो ODE मॉडल की तुलना में वास्तविक भौतिकी के अधिक प्रतिबिंबित होते हैं। हालाँकि, विश्लेषण उपकरण जो आपने ओडीई (उर्फ शास्त्रीय नियंत्रण सिद्धांत) के लिए सीखा था, अब लागू नहीं होता है। इसके बजाय, आपको संभावित नियंत्रण सिद्धांत की श्रेणी में आने वाले उपकरणों के एक सेट का उपयोग करना होगा। इंजीनियरों के लिए ब्याज की अधिकांश समस्याओं के लिए, इष्टतम नियंत्रण के लिए काफी परिष्कृत संख्यात्मक तरीकों (आमतौर पर सहायक आधारित अनुकूलन) की आवश्यकता होती है। यदि आप किसी भी चर या पैरामीटर में स्टोचैस्टिसिटी को शामिल करते हैं तो स्थिति और भी जटिल हो जाती है।

संक्षेप में, ODE के अलावा किसी भी चीज़ का नियंत्रण व्यवहार में करना बहुत जटिल है और इसे शुरू करने के लिए अक्सर अनावश्यक होता है। गैर-ओडीई नियंत्रण एक बहुत ही विशिष्ट क्षेत्र है और आमतौर पर कोर इंजीनियरिंग कक्षाओं के एक भाग के रूप में पढ़ाया नहीं जाता है। यदि आपको कभी भी व्यवहार में ODE के अलावा किसी और चीज को नियंत्रित करने का मौका मिलता है, तो यह संभवतः रन-ऑफ-द-मिल इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों के बजाय अत्याधुनिक वैज्ञानिक अनुसंधान के एक हिस्से के रूप में आएगा।

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