Control engineering
Control engineering adalah disiplin ilmu teknik yang berhubungan dengan sistem kontrol, menerapkan teori kontrol untuk merancang peralatan dan sistem dengan perilaku yang diinginkan dalam lingkungan kontrol. Disiplin kontrol tumpang tindih dan biasanya diajarkan bersama dengan teknik elektro, teknik kimia, dan teknik mesin di banyak institusi di seluruh dunia.
Praktik ini menggunakan sensor dan detektor untuk mengukur kinerja output dari proses yang sedang dikontrol; pengukuran ini digunakan untuk memberikan umpan balik korektif yang membantu mencapai kinerja yang diinginkan. Sistem yang dirancang untuk bekerja tanpa memerlukan masukan dari manusia disebut sistem kontrol otomatis (seperti cruise control untuk mengatur kecepatan mobil). Bersifat multidisiplin, aktivitas rekayasa sistem kontrol berfokus pada implementasi sistem kontrol yang sebagian besar berasal dari pemodelan matematis berbagai macam sistem.
Ikhtisar
Teknik kontrol modern adalah bidang studi yang relatif baru yang mendapatkan perhatian signifikan selama abad ke-20 dengan kemajuan teknologi. Ini dapat didefinisikan secara luas atau diklasifikasikan sebagai aplikasi praktis dari teori kontrol. Teknik kontrol memainkan peran penting dalam berbagai sistem kontrol, mulai dari mesin cuci rumah tangga sederhana hingga pesawat tempur berkinerja tinggi. Teknik kontrol berusaha memahami sistem fisik, menggunakan pemodelan matematika, dalam hal input, output, dan berbagai komponen dengan perilaku yang berbeda; menggunakan alat desain sistem kontrol untuk mengembangkan pengontrol untuk sistem tersebut; dan untuk mengimplementasikan pengontrol dalam sistem fisik dengan menggunakan teknologi yang tersedia. Sebuah sistem dapat berupa sistem mekanis, elektrik, fluida, kimiawi, finansial, atau biologis, dan pemodelan matematis, analisis, serta desain pengendalinya menggunakan teori kendali dalam satu atau banyak domain waktu, frekuensi, dan kompleksitas, bergantung pada sifat masalah desain.
Teknik kontrol adalah disiplin ilmu teknik yang berfokus pada pemodelan beragam sistem dinamis (misalnya sistem mekanis) dan desain pengontrol yang akan menyebabkan sistem ini berperilaku sesuai dengan yang diinginkan. Meskipun pengontrol tersebut tidak harus berupa listrik, banyak yang menggunakan listrik dan karenanya teknik kontrol sering dipandang sebagai subbidang teknik listrik.
Rangkaian listrik, prosesor sinyal digital, dan mikrokontroler dapat digunakan untuk mengimplementasikan sistem kontrol. Teknik kontrol memiliki berbagai aplikasi mulai dari sistem penerbangan dan propulsi pesawat terbang komersial hingga kontrol pelayaran yang ada di banyak mobil modern.
Dalam banyak kasus, insinyur kontrol memanfaatkan umpan balik saat merancang sistem kontrol. Hal ini sering dilakukan dengan menggunakan sistem pengontrol PID. Sebagai contoh, pada mobil dengan cruise control, kecepatan kendaraan terus dipantau dan diumpankan kembali ke sistem, yang akan menyesuaikan torsi motor. Jika ada umpan balik yang teratur, teori kontrol dapat digunakan untuk menentukan bagaimana sistem merespons umpan balik tersebut. Pada hampir semua sistem seperti itu, stabilitas adalah hal yang penting dan teori kontrol dapat membantu memastikan stabilitas tercapai.
Meskipun umpan balik merupakan aspek penting dari teknik kontrol, insinyur kontrol juga dapat bekerja pada kontrol sistem tanpa umpan balik. Ini dikenal sebagai kontrol loop terbuka. Contoh klasik dari kontrol loop terbuka adalah mesin cuci yang berjalan melalui siklus yang telah ditentukan sebelumnya tanpa menggunakan sensor.
Sejarah
Sistem kontrol otomatis pertama kali dikembangkan lebih dari dua ribu tahun yang lalu. Perangkat kontrol umpan balik pertama yang tercatat diperkirakan adalah jam air Ktesibios kuno di Alexandria, Mesir, sekitar abad ketiga sebelum masehi. Jam ini menjaga waktu dengan mengatur ketinggian air dalam bejana dan, oleh karena itu, aliran air dari bejana tersebut. Ini tentu saja merupakan perangkat yang sukses karena jam air dengan desain serupa masih dibuat di Baghdad ketika bangsa Mongol merebut kota tersebut pada tahun 1258 M. Berbagai perangkat otomatis telah digunakan selama berabad-abad untuk menyelesaikan tugas-tugas yang berguna atau hanya untuk menghibur. Yang terakhir termasuk automata, yang populer di Eropa pada abad ke-17 dan ke-18, yang menampilkan figur-figur penari yang akan mengulangi tugas yang sama berulang kali; automata ini adalah contoh kontrol loop terbuka. Tonggak sejarah di antara umpan balik, atau perangkat kontrol otomatis "loop tertutup", termasuk pengatur suhu tungku yang dikaitkan dengan Drebbel, sekitar tahun 1620, dan pengatur bola terbang sentrifugal yang digunakan untuk mengatur kecepatan mesin uap oleh James Watt pada tahun 1788.
Dalam makalahnya tahun 1868 "On Governors", James Clerk Maxwell mampu menjelaskan ketidakstabilan yang ditunjukkan oleh governor flyball menggunakan persamaan diferensial untuk menggambarkan sistem kontrol. Hal ini menunjukkan pentingnya dan kegunaan model dan metode matematika dalam memahami fenomena yang kompleks, dan ini menandakan dimulainya kontrol matematika dan teori sistem. Elemen-elemen teori kontrol telah muncul sebelumnya tetapi tidak sedramatis dan meyakinkan seperti dalam analisis Maxwell.
Teori kontrol membuat langkah signifikan selama abad berikutnya. Teknik matematika baru, serta kemajuan dalam teknologi elektronik dan komputer, memungkinkan untuk mengontrol sistem dinamis yang jauh lebih kompleks daripada yang dapat distabilkan oleh pengatur bola terbang asli. Teknik matematika baru termasuk perkembangan dalam kontrol optimal pada tahun 1950-an dan 1960-an yang diikuti oleh kemajuan dalam metode kontrol stokastik, robust, adaptif, dan nonlinier pada tahun 1970-an dan 1980-an. Aplikasi metodologi kontrol telah membantu memungkinkan perjalanan ruang angkasa dan satelit komunikasi, pesawat yang lebih aman dan lebih efisien, mesin mobil yang lebih bersih, dan proses kimia yang lebih bersih dan lebih efisien.
Sebelum muncul sebagai disiplin ilmu yang unik, teknik kontrol dipraktikkan sebagai bagian dari teknik mesin dan teori kontrol dipelajari sebagai bagian dari teknik elektro karena sirkuit listrik sering kali dapat dengan mudah dijelaskan menggunakan teknik teori kontrol. Dalam hubungan kontrol yang pertama, output arus diwakili oleh input kontrol tegangan. Namun, karena tidak memiliki teknologi yang memadai untuk mengimplementasikan sistem kontrol elektrik, para perancang dibiarkan dengan pilihan sistem mekanis yang kurang efisien dan merespons dengan lambat. Pengontrol mekanis yang sangat efektif yang masih banyak digunakan di beberapa pembangkit listrik tenaga air adalah governor. Kemudian, sebelum elektronika daya modern, sistem kontrol proses untuk aplikasi industri dirancang oleh insinyur mekanik menggunakan perangkat kontrol pneumatik dan hidrolik, yang banyak di antaranya masih digunakan hingga saat ini.
Sistem kontrol
Sistem kontrol mengelola, memerintahkan, mengarahkan, atau mengatur perilaku perangkat atau sistem lain menggunakan loop kontrol. Sistem ini dapat berkisar dari pengontrol pemanas rumah tunggal yang menggunakan termostat yang mengendalikan ketel rumah tangga hingga sistem kontrol industri besar yang digunakan untuk mengendalikan proses atau mesin. Sistem kontrol dirancang melalui proses rekayasa kontrol.
Untuk kontrol termodulasi terus-menerus, pengontrol umpan balik digunakan untuk mengontrol proses atau operasi secara otomatis. Sistem kontrol membandingkan nilai atau status variabel proses (PV) yang sedang dikontrol dengan nilai yang diinginkan atau setpoint (SP), dan menerapkan perbedaannya sebagai sinyal kontrol untuk membawa output variabel proses pabrik ke nilai yang sama dengan setpoint.
Teori kontrol
Teori kontrol adalah bidang teknik kontrol dan matematika terapan yang berhubungan dengan kontrol sistem dinamis dalam proses dan mesin yang direkayasa. Tujuannya adalah untuk mengembangkan model atau algoritme yang mengatur penerapan input sistem untuk menggerakkan sistem ke keadaan yang diinginkan, sambil meminimalkan penundaan, overshoot, atau kesalahan kondisi tunak dan memastikan tingkat stabilitas kontrol; sering kali dengan tujuan untuk mencapai tingkat optimalitas.
Untuk melakukan ini, diperlukan pengontrol dengan perilaku korektif yang diperlukan. Pengontrol ini memonitor variabel proses yang dikontrol (PV), dan membandingkannya dengan referensi atau titik setel (SP). Perbedaan antara nilai aktual dan nilai yang diinginkan dari variabel proses, yang disebut sinyal kesalahan, atau kesalahan SP-PV, diterapkan sebagai umpan balik untuk menghasilkan tindakan kontrol untuk membawa variabel proses yang dikontrol ke nilai yang sama dengan titik setel. Aspek lain yang juga dipelajari adalah kemampuan kontrol dan kemampuan observasi. Teori kontrol digunakan dalam rekayasa sistem kontrol untuk merancang otomasi yang telah merevolusi manufaktur, pesawat terbang, komunikasi, dan industri lainnya, serta menciptakan bidang baru seperti robotika.
Penggunaan yang luas biasanya dibuat dengan gaya diagram yang dikenal sebagai diagram blok. Di dalamnya terdapat fungsi transfer, yang juga dikenal sebagai fungsi sistem atau fungsi jaringan, adalah model matematika dari hubungan antara input dan output berdasarkan persamaan diferensial yang menggambarkan sistem.
Pendidikan
Di banyak universitas di seluruh dunia, kursus teknik kontrol diajarkan terutama di teknik elektro dan teknik mesin, tetapi beberapa kursus dapat diinstruksikan di teknik mekatronika,[6] dan teknik kedirgantaraan. Di jurusan lain, teknik kontrol terhubung dengan ilmu komputer, karena sebagian besar teknik kontrol saat ini diimplementasikan melalui komputer, sering kali sebagai sistem tertanam (seperti di bidang otomotif). Bidang kontrol dalam teknik kimia sering dikenal sebagai kontrol proses. Bidang ini terutama berkaitan dengan kontrol variabel dalam proses kimia di pabrik. Bidang ini diajarkan sebagai bagian dari kurikulum sarjana program teknik kimia dan menggunakan banyak prinsip yang sama dalam teknik kontrol. Disiplin ilmu teknik lainnya juga tumpang tindih dengan teknik kontrol karena dapat diterapkan pada sistem apa pun yang modelnya dapat diturunkan. Namun, departemen teknik kontrol khusus memang ada, misalnya, di Italia ada beberapa master di bidang Otomasi & Robotika yang sepenuhnya berspesialisasi dalam teknik Kontrol atau Departemen Kontrol Otomatis dan Teknik Sistem di Universitas Sheffield atau Departemen Robotika dan Teknik Kontrol di Akademi Angkatan Laut Amerika Serikat dan Departemen Teknik Kontrol dan Otomasi di Universitas Teknik Istanbul.
Teknik kontrol memiliki aplikasi yang beragam yang mencakup sains, manajemen keuangan, dan bahkan perilaku manusia. Mahasiswa teknik kontrol dapat memulai dengan kursus sistem kontrol linier yang berurusan dengan waktu dan domain kompleks, yang membutuhkan latar belakang menyeluruh dalam matematika dasar dan transformasi Laplace, yang disebut teori kontrol klasik. Dalam kontrol linier, siswa melakukan analisis domain frekuensi dan waktu. Mata kuliah kendali digital dan kendali nonlinier masing-masing membutuhkan transformasi Z dan aljabar, dan dapat dikatakan sebagai pelengkap pendidikan kendali dasar.
Teori kontrol berasal dari abad ke-19, ketika dasar teori untuk pengoperasian gubernur pertama kali dijelaskan oleh James Clerk Maxwell. Teori kontrol lebih lanjut dikembangkan oleh Edward Routh pada tahun 1874, Charles Sturm dan pada tahun 1895, Adolf Hurwitz, yang semuanya berkontribusi pada pembentukan kriteria stabilitas kontrol; dan dari tahun 1922 dan seterusnya, pengembangan teori kontrol PID oleh Nicolas Minorsky.
Meskipun aplikasi utama dari teori kontrol matematika adalah dalam rekayasa sistem kontrol, yang berkaitan dengan desain sistem kontrol proses untuk industri, aplikasi lain jauh melampaui ini. Sebagai teori umum sistem umpan balik, teori kontrol berguna di mana pun umpan balik terjadi - dengan demikian teori kontrol juga memiliki aplikasi dalam ilmu kehidupan, teknik komputer, sosiologi, dan riset operasi.
Karier
Karier seorang insinyur kontrol dimulai dengan gelar sarjana dan dapat berlanjut melalui proses perguruan tinggi. Gelar insinyur kontrol sangat cocok dipasangkan dengan gelar teknik elektro atau teknik mesin. Insinyur kontrol biasanya mendapatkan pekerjaan di bidang manajemen teknis di mana mereka biasanya memimpin proyek-proyek interdisipliner. Ada banyak peluang kerja di perusahaan kedirgantaraan, perusahaan manufaktur, perusahaan mobil, perusahaan listrik, dan lembaga pemerintah. Beberapa tempat yang mempekerjakan Insinyur Kontrol termasuk perusahaan seperti Rockwell Automation, NASA, Ford, dan Goodrich.[10] Insinyur Kontrol mungkin dapat memperoleh $ 66k per tahun dari Lockheed Martin Corp. Mereka juga dapat memperoleh hingga $96 ribu per tahun dari General Motors Corporation.
Menurut survei Teknik Kontrol, sebagian besar orang yang menjawab adalah insinyur kontrol dalam berbagai bentuk karir mereka sendiri. Tidak banyak karier yang diklasifikasikan sebagai "insinyur kontrol", kebanyakan dari mereka adalah karier spesifik yang memiliki kemiripan kecil dengan karier teknik kontrol secara keseluruhan. Mayoritas insinyur kontrol yang mengikuti survei pada tahun 2019 adalah perancang sistem atau produk, atau bahkan insinyur kontrol atau instrumen. Sebagian besar pekerjaan melibatkan rekayasa proses atau produksi atau bahkan pemeliharaan, mereka adalah beberapa variasi dari teknik kontrol.
Disadur dari: en.wikipedia.org