नियंत्रण प्रणाली म्हणजे इच्छित परिणाम प्राप्त करण्यासाठी यंत्र अथवा उपकरण यांच्या वर्तनाचे किंवा कार्याचे व्यवस्थापन, मार्गदर्शन व नियमन करणारी व्यवस्था होय. दिवसेंदिवस आधुनिकीकरणामुळे अनेक क्षेत्रात स्वयंचलित यंत्रणेची गरज वाढत आहे. वस्तूची स्थिती, गती, प्रवेग, तापमान, दाब, बल, विद्युत शक्ती नियंत्रित करण्यासाठी वापरलेली यंत्रणा अशी अनेक या नियंत्रण प्रणालीची उदाहरणे आहेत.
मुक्त नियंत्रण प्रणाली :
(१) विद्युत जलतापक (Geyser) : पाणी गरम करण्यासाठी विद्युत जलतापक वापरतात. यामध्ये पाण्याचे इच्छित तापमान मिळेपर्यंत उपकरणातील विद्युत तारेस विद्युत पुरवठा चालू राहतो. यात तापमान संवेदक (द्विधातवीय पट्टी संवेदक) असतो आणि पूर्वनियोजित अंतराने चालू-बंद करण्याचे बटण असते. पाण्याचे इच्छित तापमान मिळाले की, संवेदकाद्वारे आपोआप विद्युत तारेस मिळणारा विद्युत पुरवठा बंद होतो आणि योग्य तापमानाचे पाणी मिळते. तसेच पाण्याचा पुरवठा बंद झाला तर विद्युत पुरवठा बंद होतो आणि विद्युत जलतापकाचे संरक्षण होते. या नियंत्रण प्रणालीस मुक्त किंवा खुली वलयी (Open loop) कार्यप्रणाली म्हणतात. यामध्ये चालू/बंद बटणे किंवा पूर्वनियोजित वेळनियंत्रित बटणे (Timer switch)असतात.
(२) वाहतूक नियंत्रक दिवे : रस्त्यावर वाहतूक नियंत्रण करण्यासाठी लाल, पिवळे, हिरवे दिवे नियंत्रक म्हणून बसवलेले असतात. चारही दिशांना जाणाऱ्या वाहनांना योग्य रीतीने मार्गक्रमण करण्यासाठी हे नियंत्रक काम करतात. यामध्ये वेळनियंत्रित बटण पूर्वनियोजित करून ठेवलेले असतात. त्या विशिष्ट वेळेपुरते हे दिवे चालू किंवा बंद राहतात. रस्त्यावर एखादी मिरवणूक आली किंवा अपघात घडला तर या नियंत्रक दिव्यांचा वेळ आपोआप कमी जास्त करता येत नाही. तसेच गर्दीच्या, कार्यालयीन वेळी वाहतूक ठप्प होते.
मुक्त नियंत्रण प्रणालीचे फायदे : (१) मुक्त नियंत्रण प्रणाली वापरण्यास सोपी व सुटसुटीत असते. (२) मुक्त नियंत्रण प्रणालीद्वारे चालणाऱ्या यंत्र-उपकरणांची रचना व दुरुस्ती सुलभ असते. (३) तसेच मुक्त नियंत्रण प्रणाली किफायतशीर असते. (४) मुक्त नियंत्रण प्रणाली स्थिर असते.
त्रुटी : (१) मुक्त नियंत्रण प्रणालीमध्ये अचूकता कमी असल्याने ती अविश्वसनीय आहे. (२) बाहेरील कोणत्याही बदलाचा या प्रणालीवर परिणाम होत नाही. (३) यात पुन:प्रदाय व प्रमादफरक मापक नसतो. त्यामुळे अपेक्षित परिणाम व वास्तविक परिणाम यांची तुलना करून कार्य होत नाही.
मुक्त नियंत्रण प्रणालीची उपयुक्तता : स्वयंचलित विद्युत इस्त्री, स्वयंचलित धुलाई यंत्र, स्वयंचलित चहा/कॉफीचे यंत्र, ब्रेड टोस्टर, वाहतूक नियंत्रक दिवे अशी अनेक मुक्त कार्यप्रणाली वर चालणारी उदाहरणे आहेत.
या सर्वांमध्ये यंत्राचे आउटपुट हे इनपुटपेक्षा स्वतंत्र असते. ते उपकरण वापरकर्त्यावर अवलंबून असते. विद्युत इस्त्री व धुलाई यंत्रात, कपड्याच्या प्रकारानुसार सुरुवातीला बटणाचे पूर्वनियोजन (Setting) करण्याचे काम नियंत्रक व्यक्ती करते.
बंद वलयी (Closed loop) नियंत्रण प्रणाली :
(१) वाहन वेगनियंत्रक प्रणाली : गाडी चालवताना गाडीचा वेग, प्रवेग, मार्गक्रमण नियंत्रण करण्यासाठी चालक रस्त्यावरील आजूबाजूची वाहने, रस्त्याची स्थिती, वेगनियंत्रक व वेगवर्धक दोन्ही वर पाय ठेवून, वेगसूचनादर्शक यंत्राकडे लक्ष ठेवून आणि चक्र नियंत्रित करून गाडी चालवतो. समजा, वेग ताशी ५० किमी. (अपेक्षित वेग) ठेवायचा आहे. चालक वेगसूचनादर्शक यंत्र पाहून इच्छित वेग व वास्तविक वेग यातील फरक मोजतो व वेग वाढवायचा की कमी करायचा याचा निर्णय घेतो आणि त्याप्रमाणे पाय दाबून वेग नियंत्रित करतो. हे आ. ३ मध्ये दाखवले आहे.
यात वास्तविक वेग, वेगसूचनादर्शक यंत्र व चालकाची दृष्टी यांद्वारे पुन:प्रदाय पाठवून चालक तुलना करून प्रमाद फरकमापक (Error detector) पाहून, बल लावून वेगनियंत्रक व वेगवर्धकाद्वारे (चलित्र), एंजिनचे इंधन व त्याद्वारे वेग नियंत्रित करतो. यामधील पुन:प्रदाय व प्रमाद फरकमापक हे महत्त्वाचे घटक आहेत, जे मुक्त कार्यप्रणालीत नसतात. त्यामुळे ही कार्यप्रणाली अचूक असते .
(२) जलसंचय नियंत्रण : खालची टाकी व वरची टाकी दोन्हींमध्ये पाण्याची पातळी संवेदन करणारे संवेदक असतात. समजा, वरच्या टाकीतील पाणी खूप कमी आहे आणि खालील टाकी भरलेली आहे. टाकी भरलेली असताना पाण्याची पातळी (इच्छित परिणाम) व विद्यमान पाणी पातळी (पुन:प्रदाय पद्धतीने) यांचे संवेदकामार्फत विद्युत दाबामध्ये परिवर्तन होते. दोन्हीतील प्रमाद फरक मापन करून, विवर्धित करून पंप मोटरला संदेश दिला जातो. त्याप्रमाणे चलित्र चालू होऊन पाण्याची झडप उघडते आणि टाकीत पाणी पडते.
टाकी जसजशी भरत जाते, तसतसा फरक कमी होतो. फरक शून्य होईपर्यंत चलित्र चालू राहते व नंतर आपोआप बंद होते. जर खालच्या टाकीत पाणी नसेल तर पंप मोटर चालू होत नाही.
बंद वलयी नियंत्रण प्रणालीचे फायदे : (१) बंद वलयी नियंत्रण प्रणालीमध्ये अचूकता असल्याने ती विश्वसनीय आहे. (२) बाहेरील बदलत्या परिस्थितीप्रमाणे या प्रणालीला नियंत्रित करता येते.
त्रुटी : (१) बंद वलयी नियंत्रण प्रणालीमध्ये रचना नीट न झाल्यास अस्थिर होण्याची शक्यता असते. (२) या प्रणालीची रचना गुंतागुंतीची व अवघड असते. (३) ही प्रणाली खर्चिक असते.
बंद वलयी नियंत्रण प्रणालीची उपयुक्तता : (१) विद्युत निर्मिती करताना जनित्राद्वारे निर्माण होणाऱ्या व्होल्टेज व वारंवारतेचे नियंत्रण करणारी यंत्रणा. (२) रासायनिक कारखान्यात योग्य प्रकारचे रसायन उत्पादन करण्यासाठी यंत्रणेचे नियमन करणारी प्रणाली. (३) औद्योगिक कारखान्यातील यंत्रमानवाच्या हालचालीची नियंत्रण प्रणाली (४) विमान, जहाज ,पाणबुडी, क्षेपणास्त्रे, यांची दिशा ठरवून नियमन करणारी प्रणाली. (५) वीज वितरित करताना विद्युत दाब , विद्युत प्रवाह, विद्युत शक्ती स्थिर ठेवण्यासाठी नियंत्रण प्रणाली. (६) दूरस्थ हाताळणी यंत्र. (७) अभियांत्रिकी व्यतिरिक्त, वाणिज्यशास्त्र, समाजशास्त्र, अर्थशास्त्र, वैद्यकीय, जीवशास्त्र अशा अनेक क्षेत्रात या संकल्पनेचा वापर करतात.
ज्याप्रमाणे विद्यार्थी अभ्यास करताना किती गुण मिळवायचे याचा संकल्प करतो आणि त्याप्रमाणे अभ्यासाची पद्धत व वेळेचे नियोजन करतो. परीक्षेत मिळालेल्या गुणांशी तुलना करतो आणि गुण कमी असल्यास अभ्यासाची पद्धत सुधारतो. त्याप्रमाणे वरील सर्व उदाहरणात अचूकता, वेगाने हालचाल व स्थिरतेला महत्त्व आहे. यंत्रणेतील प्रत्येक घटकाचे अचूक गणितीय प्रारूप (इनपुट व आउटपुट संबंध) मांडावे लागतात. सूक्ष्म फरक विवर्धित करून त्यावर संगणकाच्या साहाय्याने आकडेमोड करून अतिशय गुंतागुंतीची प्रक्रिया जलद व अचूक नियंत्रित करता येते.
नियंत्रण प्रणालीचे वर्गीकरण : (१) रेषीय आणि अरेषीय, (२) कालनिरपेक्ष आणि कालावलंबी, (३) एक चल आणि बहुचल, (४) सदृश आणि अंकीय.
(१) रेषीय आणि अरेषीय : यामध्ये आदान चल व प्रदान चल हे रेषीय संबंधाने जोडलेले असतात. उदा., विद्युत दाब व विद्युत प्रवाह यांचा रेषीय संबंध आहे. व्यावहारिक घटक थोड्या प्रमाणात अरेषीय असतात. परंतु रेषीय गृहीत धरून विश्लेषण करतात. उदा., विद्युत चलित्रात चुंबकीय संतृप्ती, विवर्धक संतृप्ती.
रेषीय नियंत्रण प्रणालीस अध्यारोपण सिद्धांत व एकविध तत्त्व लागू होते.
एकविध तत्त्व : जर २ व्होल्ट विद्युत दाब असताना १ अँपिअर विद्युत प्रवाह असेल तर १०० व्होल्ट विद्युत दाब असताना ५० अँपिअर विद्युत प्रवाह असेल. अ१ = क X ब१; तर अ२ = क X ब२
अध्यारोपण सिद्धांत : ज्या यंत्रणेत एकापेक्षा जास्त उद्गम साधने असतील त्या यंत्रणेतील प्रदान चल हे प्रत्येक उद्गम साधनाच्या प्रदान चलाच्या बैजिक बेरजेइतके असते. क्ष१ व क्ष२ या उद्गम साधनांचा अनुक्रमे य१ व य२ हे प्रदान चल असेल (एकावेळेस एकच उद्गम साधन स्वतंत्रपणे कार्यरत असताना) तर एकत्रित प्रदान य = य१ + य२ इतके असते. बऱ्याच व्यावहारिक प्रणालीत अनेक उद्गम साधने असतात. त्यामुळे हे खूप महत्त्वाचे आहे.
(२) कालनिरपेक्ष आणि कालावलंबी : प्रणालीत असलेले सर्व घटक कालनिरपेक्ष असतात. त्याचे वस्तुमान बदलत नाही. रासायनिक प्रकियेत किंवा अग्निबाण क्षेपणास्त्र यातील घटकांचे वस्तुमान कालावलंबी आहे. ते बदलत असते.
(३) एक चल आणि बहुचल : तापमान नियंत्रण प्रणालीत आदान चल व प्रदान चल, तापमान एकच असते. रासायनिक कारखान्यात योग्य प्रकारचे रसायन उत्पादन करण्यासाठी यंत्रणेचे नियमन करणारी प्रणाली बहुचल असते.
(४) सदृश आणि अंकीय : ज्यावेळेस खूप गुंतागुंतीच्या, अवघड, अनेक, क्लिष्ट प्रक्रिया अचूक गणना करून कार्यान्वित कराव्या लागतात तेव्हा संगणक वापरतात. त्यात अंकीय प्रणाली वापरतात. ज्या प्रणालीत संगणक लागत नाही ती सदृश नियंत्रण प्रणाली असते.
पहा : अध्यारोपण सिद्धांत.
संदर्भ : Nagrath, Gopal Control Engineering, New Age International.
समीक्षक : शैलजा कुरोडे
