U cd plejeru to je zbog nagiba od centra i u proizvodnji varijacija i greškaka u centriranju cd-a. Poremećaj je sinusni. Praćenje tačnosti sistema je prilično izvanredno. Za tipični cd plejer, koji pohranjunje 250MB, varijacije u stazi su obično 200qm, širina je 1,6qm, dok je tačnost praćenja 0.1qm. Brzina praćenja varira od 1,2 do 1,4 m/s. Servo koji se koristi u DVD-u i u optičkim memorijama je veoma sličan servu koji se koristi kod CD-a, ali je mnogo precizniji. Za DVD varijacije u stazi su obično 100qm, širina staze je 1,6qm, dok je tačnost praćenja 0,022qm. Brzina praćenja varira u opsegu od oko 3,5m/s. Kvaliteta glavne servo petlje ima izravan uticaj na performanse sistema za pohranu. Bolji servo praćenja dozvoljava veću gustoću pohrane u optičkom pogonu. Poboljšani servo za izmjenu staza se odražava na vrijeme pretrage u optičkim memorijama.

Automobili

Automobili se sve više snadbjevaju sistemama za povećanje kontorole. Jedan od razloga zašto se to dešava je dostupnost jeftinijh mikroprocesora i senzora kao i dobre kontrole tehnologije. Automobilska industrija je jaka pokretačka snaga za razvoj opreme kao što su mikroprocesori i senzori.

Smanjenje emisije

Kalifornija je uvela standard koji zahtjeva bitno smanjenje emisije štetnih gasova motora sa unutrašnjim sagorjevanjem. Kako bi to postigli potrebno je uvođenje povratne informacije u motoru koja bi se bazirala na mjerenju izbacivanja kisika u ispušnom ventilu. Slijedeci citat od Williama E. Powers-a, koji je bivši podpresjednik Forda 1999, na Svjetskom Kongresu MFAU(Medjunarodna Federacija Automatskog Upravljanja) je veoma poučan:

Automobili u 90-tim su najmanje 10 puta bolji u pogledu zagađivanja i 2 puta učinkovitiji u potrošnji goriva nego automobili u 70-tim. Ovaj napredak pridodajemo velikim dijelom mikroprocesorima koji su bazirani na kontroli sistema. Takođe rezultat ovoga je i to da su vozila sada sigurnija, udobnija i lakše upravljiva.

Tempomat i sistem protiv proklizivanja

Veliki broj novih vozila su obezbjeđena tempomatom koji drži željenu brzinu konstantnom. Ovo je običan sistem kontrole koji je paktičan svakome ko dođe u dodir sa njim. Mnogo napredniji sistemi, nazvani prilagodljivi tempomati se sada pojavljuju. Sistem je nazvan adapitivni iako je to normalan servo sistem koji drži rastojanje od vozila ispred, u kontanstom rastojanju. Rastojanje se mjeri radarom. Ovdje je zanimljivo dodati i to da je 1995-e Dickmanns napravio

Mercedes koji je potpuno samoupravan. Sistem je imao senzore pogleda te je mogao automatski mijenjati traku. Automobil je testiran uz ljudski nadzor pri velikim brzinama u Njemačkoj i Francuskoj. ABS(sistem protiv blokiranja kotača prilikom kočenja) i kontrola vuče je takodje uvedena. Ovi sistemi su korišteni u neočekivanom modelu Mercedesa A klase, vidjeti sliku 1.20. Ovo je malo auto koji je postigao veliki stepen sigurnosti u pogledu poda, koji se prilikom nesreće može deformisati. Posljedica toga je to što je centar ravnoteže visoko. Kada je auto predstavljeno, otkriveno je da ima tendenciju prevrtanja u oštrim krivinama . Ovaj težak problem je riješen pružajući auto sa najvećom sofisticiranom kontrolom vuče dostupnoj kompaniji u tom vremenu. Takođe sa manjim promjenama na gumama problemi su potpuno prevaziđeni.

Pokretačka tehnologija

Auto industrija je važan pokretač tehnologije zbog velikog broja proizvedenih dijelova i drugih teških zahtjeva po niskoj cijeni. Nekoliko zanimljivih dešavanja je zauzelo mjesto u razvoju kada su kompjuteri počeli biti korišteni za kontrolu motora. Kako bi smanjili troškove mikroprocesor i ulazno izlazni uređaji, koji povezuju senzore i pogone su spojeni na jedan čip, i nazvani mikrokontroleri. Ukupan broj mikrokontrolera za ugrađene sisteme je premašio broj mikroprocesora proizvedenih svake godine. Auto aplikacije su takođe zahtjevale nove senzore i pogone. Novi akcelerometri i žiroskopi bazirani na MEMS(Mikro-elektro-mehaničkom sistemu) uređajima su proizvedeni, kao i električni pogoni bazirani na novim magnetnim materijalima. Senzori i pogoni koriste povratne informacije za interno dobivanje robusnosti i performansi.

Samoupravljana vožnja

Bilo je nekoliko pokušaja razvoja samoupravljanih vozila. 1995-e Dickmann je predstavio potpuno samoupravljani Mercedes Benz sa senzorima pogleda. Pod nadzorom automobil je vozio neovisno na autoputu od Minhena do Kopenhagena. Ovakav tip eksperimenta se desio i u Kaliforniji u sklopu „put“ programa.

Računanje

Bilo je snažnih simbioza između kontrole i računara. Računarski uređaji su integrali dijelovi kontrolera,te su računari i simulacija opsežno korišteni u dizajnu i validaciji kontrole sistema.

Analogno računanje

Rani kontroleri, kao što su centrifugalni upravitelji su implementirani koristeći mehaničke uređaje. Cijela akcija je izvršena koristeći lopticu i disk integrator, izumljenu od strane Lord Kelvina. U procesu industrije analogno računanje je izvršavano pneumatskim uređajima. Ključni elementi su bili pojačala, ograničenje i jačina. Povratna informacija se koristila obimno da bi dobili linearno ponašanje iz nelinearnih uređaja. Rani razvoj kontrole je bio ozbiljno ugrožen nedostatkom računara. Ipak mnogo dobrih grafičkih metoda je dobijeno uvidom i razumjevanjem koristeći skroman računar. Cijela situacija je sažeta veoma pametno u slijedećem citatu od strane Vanevara Buša iz 1923.

-Tehnika se ne može razvijati brže nego matematička analizu na koju se oslanja. U suštini matematika je često neadekvatna za brojne probleme koji traže hitno rješavanje, dok mehaničko rješenje daje najveća obećanja i snažno napada gdje god je solucija u grafičkom obliku dovoljna za uspjeh. To je obično slučaj sa inžinjerskim problemima. Buš je kasnije izumio prvi diferencijalni analizator. Klučni elementi su bili lopta i disk integrator kao i moment pojačalo. To se moglo koristiti za integriranje nekoliko diferencijalnih jednačina. Ovaj kompjuter su koristili Nikols i Cigler da bi osmislili pravila za PID kontrolere. Bušov rad je postavio temelje za analogno računanje koje se brzo razvijalo kada su jeftini elektronski pojačivači postali dostupni. To se poklopilo sa pojavom kontrole i analogno računanje je postalo standardni alat za simulaciju kontrolnog sistema. Analogni računari su bili veliki skupi sistemi koji su zahtjevali ogromno osoblje za održavanje. Pristup ovim rijetkim resursima je imao ograničen broj ljudi.

Analogni računari su se takodje koristili za implementaciju kontrolera u eri servo-mehanizma i kroz 1960-e. Iako je kontrola računara dominantna tehnologija za implementaciju kontrolera i dalje postoje niše gdje se analogni računari intezivno koriste. Jedno od područja je i MEMS gdje je mehanika i kontrola integrirana na jedan čip. Analagni računari se koriste i za sisteme sa izuzetnom brzim vremenom odziva.

Kompjuterska lontrola

Kada su digitalni računari postali dostupni prvo su se koristili za računanje i simulacije. Rani kompjuteri su bili veliki i skupi i ne baš pogodni za ugradnju u kontrolere. Prvi kompjuter sa kontrolom sistema je izumljen od strane TRW na rafineriji Port Artur 1959-e. To je iniciralo razvoj uporedo sa razvojem računarstva. Danas su praktično svi kontrolere implementirani na ovaj način.

Stvarno vrijeme računanja

Korištenje kompjutera za kontrolu sistema nameće neke zahtjeve za arhitekturu sistema kao i softver, zbog zahtjeva za brz odgovor na vanjske događaje. Postoje posebno teški zahtjevi za OS za brzi odziv na vanjske događaje. To je takođe potrebno da bi bili sigurni da OS radi bez prekida. Kada se vrši kontrola sistema postoji jasna potreba da se razumiju i upravljački algoritmi i softver. Takođe je potrebno imati sistem sa velikim stepenom pouzdanosti. Luksuz u smislu restartovanja sistema nije izvodivo rješenje pri kontroli sistema.

Simulacija

Simulacija je nezamjenjiv alat za kontrolu planiranja. Iako sistem može biti dizajniran baziran na relativno jednostavnim modelima, suštinski je provjeriti da li sistem radi na širokom spektru operacija. To se obično vrši simulirajući zatvorene petlje sistema. Da bi bili sigurni da simulacije zahtijevaju visok model vjernost sistema, ponekad dijelovi realnog sistema su ustvari povezani sa simulatorom, tzv hardver u petlji simulacije. Ako je kontrolor izgrađen koristeći namjenski kompjuter to se može provjeriti kroz simulacije. Simulacija se također može koristiti za mnoge druge svrhe, za istraživanje različitih sistema konfiguracije, za obuku operatera i za dijagnostiku.

Internet

Internet je dizajniran da bude ekstremno snažna komunikacijska mreža. Tu snagu dobiva bivajući distribuiran te na osnovu povratne informacije. Ključna funkcija sistema je u transportu poruke od pošiljalaca do primaoca. Sistem ima veliki broj čvorova povezanih sa linkovima. Na svakom čvoru postoji ruter koji prima poruke i šalje ih na osnovu linkova. Ruteri posjeduju bafere koji pohranju poruke. Postoje veliko variranje u saobraćaju i u dužinama poruka. Ruteri i linkovi takođe mogu zatajiti te tako doći do promjena u sistemu. U slučaju gužve poruke su sačuvane u bafere i ne mogu biti proslijeđene zbog nadolazećeg saobraćaja. Ako je bafer pun ruter će jednostavno ispustiti nadolazeće poruke. O tome se informira pošaljilac. Kontrolu protoka vrši pošiljatelj. Kada je poruka došla primatelju, on šalje potvrdu pošiljatelju. Veoma jednostavan algoritam za kontrolu saobraćaja je predložio Jakobson 90-e. Algoritam se ostvaruje na slijedeći način: Stopa transmisije je povećana sve dok nema izgubljenih poruka, ali kada se

poruka izgubi onda se transmisija smanji za faktor 2. Internet je lijepa ilustracija da se veliki distribuiran sistem može kontrolirati prema jednostavnoj shemi kontrole.

Matematika

Oduvijek je postojala jaka veza između kontrole i matematike. Ona je nesumnjivo doprinijela uspjehu kontrole. Teorija guvernera je razvijena od strane Džejmsa Maksvela u radu iz davne 1868, nakon skoro 100 godina prije nego što je Džejms vat je razvio guverner. Maksvel je uvidjeo da je stabilnost vezana za algebarskih problem određivanja,u slučaju da algebarska jednačina ima korijene u pola oblasti. Maksvel se obratio matematičaru Rutu za pomoć. Slična situacija se dogodila u razvoju vodenih turbina gdje se Stodola obratio Hurvitcu za pomoć.

Matematika je odigrala glavnu ulogu u razvoju teorije servo mehanizma tokom 40-tih. Zanimljivo viđenje se može dobiti upoređivanjem glavnih teorija povratne informacije pojačala sa slabim napretkom u procesu kontrole i nagađanjem šta bi se dogodilo da su matematičari pristupili rješavanju problema kontrole procesa. Bilo je veoma uspješnih interakcija između matematike i kontrole tokom 60-tih u trci za svemir. Ruski matematičar Pontriagin i njegovi saradnici su razvili princip maksimuma, koji se može posmatrati kao proširenje Euler-Ledžrendžove teorije. Američki mat. Ričard Belman je razvio dinamičko programiranje što se može posmatrati kao proširenje Hamilot-Jakobsove teorije. U oba slučaja razvoj je povezan sa kontrolom problema. Centar istraživanja i razvoja u Americi je bio u Princetonu, da bi kasnije bio premješten u RIAS i kasnije na „Brown“ univerzitet gdje je nazvan Lefšetcov centar za dinamičke sisteme. Kasnije su formirani i novi centri na univerzitetu u Minesoti. U Rusiji je centar bio smješten u Moskvi na čuvenom Institutu za automatsko upravljanje i telematiku, i u manjim centrima u Sankt-Petersburgu i Sverdlovsku. Oblasti matematike, kao što su dinamički sistemi, diferencijalne geometrije i algebre je bili važni za razvoj kontrole teorija nakon 1960.

Numerička matematika

Standardni računski problem je riješiti obične diferencijalne jednadčine metodama korak po korak. Rješenja su često odstupala od opsega integracije. To se rješava procjenom lokalne greške i podešavanje dužine koraka da bi grešku dovoljno smanjili. Većina rješenja za difrencijalne jednačine su izvršilo korekciju na pojednostavljen način, i podešavanje se često miješalo s drugim elementima algoritma. Nedavni drastični napredak je učinjen po uzoru na rješavanje

problema povratne informacije. Stara shema je zamjenjena shemom za PID kontrolere. To je dovelo do puno poudanijeg softvera kao i do njegovog poboljšanja. Ova se ideja može primjeniti i na mnoge druge numeričke probleme.

Fizika

Povratna informacija je uvijek imala glavnu ulogu u naučnim instrumentima. Jedan od prvih primjera je razvoj masivnog spektrometra. Primjećeno je da kretanje jona zavisi od magneta i el. polja. Umjesto odrđavanjem konstantnim oba polja, Nier je pustio magnetno polje da oscilira, dok je el. polje kontroliralo taj omjer konstantnim. Povratna informacija je implementirana korištenjem vakuum cijevi. Shema je bila presudna za razvoj masivnog spektroskopa.

Slijedeći primjer je rad Van der Mera. Izmislio je pametan način za korištenje povratne informacije za održavanje visoke gustoće i dobru kvaliteta zraka u akceleratoru. Ta shema, pod nazivom stohastičko hlađenje, je dobila Nobelovu nagradu za fiziku 1984. godine. Metoda je bila osnov za uspješan eksperiment u CERN-u, kada se postojanje čestica W i Z je prvi put pokazalo. Nedavni primjer je i mikroskop atomskih sila. Ključna ideja je premjestiti uski vrh na nosač na površini i za registrovati silu na vrhu. Takvi sistemi se oslanjaju na sisteme povratne informacije za preciznije kretanje i preciznije mjerenje sile.

Prilagodljiva optika

Ozbiljan problem u astronomiji je taj što turbulencija u atmosferi daje nejasnu sliku u teleskopu, i to zbog varijacija u difrakciji svjetlosti u atmosferi. Jedan od načina da se eliminiše zamućenje je pomicanje teleskopa izvan Zemljine atmosfere kao što je učinjeno sa teleskopom „Hubble“.

Drugi način je korištenje povratnih informacija za eliminaciju efekata varijacija u teleskopu. Ta ideja je zasnovana na prilagodljivoj optici. Referentna signal je sjajna zvijezda ili umjetni laserski snop poslan u atmosferu. Pogon se dobije reflektujući svjetlo na ogledalo koje može biti formirano selektivno i može imati od 13 do 1000 elemenata. Signal greške se formira analizom oblika iskrivljene forme talasa u odnosu na referentnu. To signal šalje na kontroler koji

prilagođava deformabilno ogledalo. Svjetlo od posmatrane zvijezde se kompezuje, jer i ono takođe biva reflektovano u deformabilnom ogledalu prije nego što se pošalje na detektor.Valne duljine koje se koriste za praćenje i kontrolu su često različite. Vrijeme odziva kontrolnog sistema mora biti reda milisekundi zbog difrakcije u promjenama atmosfere. Povratne informacije se redovno koriste za kompenzaciju varijacija u difrakcije u atmosferi.

Kvantni sistem

Trenutno se mngo interesa pridodaje kontroli kvantnog sistema. Molekularna dinamika je jako efektna. Ideja je da se koristi modulirano lasersko svjetlo da bi se prekinule veze u molekulama tako da bi se dabavili joni da kreiraju nove molekule. Ovo se može postići prilagođavanjem laserskih impulsa tako da oni prekinu određene veze između atoma. Ovo je precizna operacija na molekularnom nivou, prilično drugačija od metoda koje se koriste u organskoj hemiji.

Biologija

U dijelu 1.1. je već spomenuto da je povratna informacija bitan mehanizam u biologiji. Slijedi nekoliko primjera:

Refleks zjenice

Ljudsko oko imaa učinkoviti sistem da kontroliše količinu svjetla koje dobija. Mjeri se intenzitet svjetla i namješta se otvor zjenice. Ovaj sistem upravljanja je lako dostupan za eksperimentisanje. Opsežna istraga je sprovedena mijenjanjem intenziteta svjetla i mjerenjem otvora zjenice. Rezultati pokazuju da je ovo jako učinkovit sistem za dobijanje povratnih informacija.

Držanje tijela

Ljudsko tijelo je prepuno sistema koji šalju povratne informacije. Pomažu nam da stojimo uspravno, hodamo, skačemo i održavamo ravnotežu na užetu. Takođe podešava osjetljivost naših očiju i ušiju, omogućavajući nam da vidimo i čujemo u širokom rasponu u zavisnosti od razine intenziteta. One održavaju i konstantnu temperaturu tijela i balans hemijskih tvari u našem tijelu. Kao primjer ćemo uzeti sistem koji nam pomaže da stojimo uspravno. Ključne karakteristike sistema su poznate, iako ima i neshvaćenih detalja. Primarni senzori su polukružni kanali koji se

nalaze u „mastoid“ kosti blizu uha. Senzori se sastoje od toroidalnih kanala koji su ispunjeni tečnošću. Neuroni povezani sa vlasima/dlakama u kanalima daju signale o kretanju glave. Glavne pokretači su mišići u stopalima, nogama, koljenima, kukovima i rukama. I tamo postoje neuroni. Tu nastaje lokalna povratna informacija od strane senzora pritiska u stopalima i senzori u mišićima za aktiviranje istih. To se odvija za oko 20ms. Povezanost između senzora i pokretača se nalazi u kičmenoj moždini. Ova povezanost je odgovorna za reflekse u kojima se reakcija desi za oko 100ms. Takodje je visok nivo povratnih informacija o sistemu održavanja ravnoteže, koje nam govore o položaju tijela u prostoru. Senzorne informacije se obrađuju u malom mozgu i prenose se na mišić u kičmenoj moždini. To traje oko 250ms. Ovaj sistem za kontrolu držanja pokazuje da se povratne informacije se mogu koristiti za stabilizaciju nestabilnog sistema. Također pokazuje i to da postoji vrlo pouzdan bioloških sistem povratnih informacija koje su bitne za svakodnevni život. Posebnost je u tome da taj sistem ima i sposobnost učenja. Razmislite malo o djetetu kojee uči da ustane i hoda ili uči voziti bicikl. Ove funkcije su daleko savršenije od bilo kakvih tehničkih sistema.

Jednostavan eksperiment

Jednostavan eksperiment na jednom od sistema u tijelu može biti izveden i sa veoma skromnom opremom. Uzmite otvorenu knjigu i držite je ispred sebe. Pomaknite je bočno,nazad i naprijed i povećajte brzinu kretanja sve dok nam se tekst ne zamagli. Dalje, tekst postavite ispred sebe i sada pomjerajte glavu. Primjetite razliku u brzini kada tekst postane zamagljen.

Uočiti ćete veće brzine ako pomjeramo glavu. Razlog tomu je što kada pomjeramo tekst, informacija o kretanju dolazi preko obrade slike u mrežnici, dok kada pomjeramo glavu informacija dolazi iz polukružna kanala. Povratna informacija iz vizualne obrade je mnogo sporija jer koristi više funkcija u mozgu. Postoji još mnogo lijepih primjera kontrole u ljudskom tijelu. Dobro pripremljeni sportisti kao npr. igrači tenisa imaju veoma dobru kontrolu pokreta koja uključuje dosta interakcije sa viđenjem(vidom).

Sažetak

Ovo poglavlje nam dalo spoznaju kako kontrola i povratna informacija ima uticaja na razvoj tehnologije te kako da koristimo istu. Primjer je pokazao kako se kontrola razvila uporedo sa novom tehnologijom, da je imala veliki uticaj na nju, te kako je ponekad potpomaže. Veliki

broj kontrolnih sistema koji se kreću u rasponu od malih mikro uređaja pa do velikih sistema za proizvodnju i distribuciju el. energije su takođe tako data. Ideje kontrole i povratne informacije su apstraktne što ih čini jasnijim. Stoga je uobičajno da se te ideje zanemare u korist hardvera o čemu je puno lakše govoriti.