دور نظرية الفوضى في تصميم نظم الرقابة الهندسية الآلية

التضاريس: منطقة البحر غير الملاحية

(أ) الروبوتات الشرعية، ولا سيما المشاة الثنائية، تعمل في نظام غير خطي للغاية حيث تلازم الفوضى، والخير البشري نفسه هو معرض للتشغيل الصحي البسيط، الذي يوفر المرونة لمعالجة الأرض المتفاوتة، وقد قام المهندسون ببناء أجهزة التحكم التي تستغل هذه الفوضى الطبيعية، بدلاً من فرض نمط صاعق، يقوم المراقب برصد حالة الروبوتات في جيل غريب.

Power Electronics and Grid Stability

شبكات الطاقة الحديثة تحتوي على آلاف المكونات غير الخطية: المتحولون، أجهزة تحويل محرك البوليسترين، مصادر الطاقة المتجددة، هذه المكونات يمكن أن تظهر تشوهات في النسيج، لا سيما في ظروف عابرة، وقد نفذ الباحثون أجهزة التحكم في الكبسولات باستخدام أساليب الارتداد المتأخرة (التحكم في الأشعة) في الناتج المتناثر

الهندسة الطبية الحيوية: مراقبة أمراض القلب

The heart is a traditional example of a chaotic dynamical system. In a healthy heart, the interbeat interval exhibits low-dimensional chaos, which provides flexibility. In arrhythmias such as ventricular fibrillation, the system becomes more disordered or locked into a pathological rhythm. Chaos control methods have been used in experimental defibrillators to deliver small, precise electrical pult

منهجيات المهندس: كيفية تطبيق نظرية الفوضى

وبالنسبة للمهندس المتدرب الذي يسعى لتطبيق نظرية الفوضى، تتبع العملية تدفقاً منظماً للعمل.

الخطوة 1: إعادة بناء المرحلة

قبل أن يتم تطبيق أي سيطرة، يجب إعادة بناء مُجذب النظام من بيانات المسلسل الزمني، هذا يتم باستخدام النظرية المُضللة و التي تُنشئ حيزاً زمنياً متعدد الأبعاد من القياسات المتأخرة لمتغير واحد (مثلاً، الفولط، الموقع، الحرارة).

الخطوة 2: تحديد المدارات الدورية غير المستقرة

داخل الجاذبية المعاد بناؤها، يبحث المهندس عن مدارات دورية غير مستقرة، هذه هي الحاويات التي سيستقر بها المتحكم، وهناك عدة خوارزميات، بما في ذلك طرق العودة الدقيقة وتحليل التكرار، وبالنسبة لنظام فوضوي نموذجي، توجد آلاف من الـ (أوبو) توفر أهدافا متعددة للمراقبة ذات خصائص مختلفة (الفترة، ومؤشر الاستقرار، وكلفة الطاقة).

الخطوة 3: تصميم قانون الرقابة

(ب) يجب على المتحكم، مع اختيار مستهدف، أن يحسب الاضطرابات اللازمة، وهذا ينطوي، بالنسبة لطريقة " جي " ، على حساب المكوّنات المستقرة وغير المستقرة للمدار وتطبيق اضطرابات تناسبية مع المسافة من المانائي المستقر، وطرق التغذية المتأخرة (Pyragas) هي أبسط من حيث أنها لا تتطلب نموذجاً للنظام؛ وهي تستخدم الفارق بين الدولة الحالية.

الخطوة 4: تحليل الروبوت

ويمكن أن تكون النظم التي تخضع لرقابة الفوضى حساسة للضوضاء وخط الانجراف، ويجب على المهندسين أن يُجريوا تحليلاً قوياً باستخدام أدوات مثل ] وظائف ليابونوف ، محاكاة من طراز " مونت كارلو " ()] على نطاقات البارامتر، وأسوأ اختبارات الاضطرابات.

التحديات والحدود

وعلى الرغم من وعدها، فإن النظرية الكابوسة في مجال الهندسة ليست حلاً للحلول، ولا تزال هناك تحديات كبيرة عديدة.

النفقات العامة الحاسوبية

ويمكن أن تكون إعادة بناء الفضاء في المرحلة، وتحديد المواقع غير الرسمية، والحساب في الوقت الحقيقي مكثفاً من الناحية الحسابية، لا سيما بالنسبة للنظم أو النظم الرفيعة الأبعاد ذات المفاعِلات العالية في ليابونوف، وفي حين أن المجهزين الجدد في هذه المواقع يمكن أن يتعاملوا مع الفوضى المتوسطة الأبعاد (4-6 نظم بعدية)، فإن التوسع إلى الشبكات الكبيرة (مثل شبكة الطاقة ككل) لا يزال أمراً مستبعداً.

متطلبات الاستشعار والتقدير

إن طريقة " أوجي " و " متغيراتها " تتطلب قياسات دقيقة عالية التردد في الدولة، وفي العديد من نظم العالم الحقيقي، تكون أجهزة الاستشعار مزعجة أو بطيئة أو محدودة العدد، ويجب على المهندسين في كثير من الأحيان أن ينفذوا مراقبين أو مرشحين من طراز كالمان يقدرون الحالة الفوضى، ولكن هؤلاء المراقبين أنفسهم يمكن أن يزعزعزع استقرارهم الديناميات غير الخطية.

التكافل النموذجي

وفي حين أن أساليب التغذية المرتدة المتأخرة خالية من النماذج، فإنها تتطلب تدقيقا في الوقت الذي يستغرقه التأخير وكسب التعليقات، إذ أن وجود جهاز مراقبة غير مدروس يمكن أن يدفع النظام إلى نظام جديد أكثر فوضوية أو يتسبب في حدوث تذبذبات عالية التردد، كما أن عدم وجود إجراء منتظم للصرف الصحي للنظم المعقدة هو مجال نشط من مجالات البحث.

العوامل البشرية والرد التنظيمي

ولعل أكثر التحديات التي لم يُقدر عليها تقديراً هو الثقافة، إذ أن التعليم الهندسي والمعايير الهندسية لا تزال مرتكزة على التفكير الخطي، إذ أن العديد من هيئات التصديق (مثلاً المعهد الوطني للإحصاء، واللجنة الانتخابية المستقلة) تحتاج إلى نظم مراقبة لكشف أسوأ سلوك يمكن التنبؤ به، وهو ما لا يمكن أن توفره النظم الفوضى في الأجل الطويل، ويتطلب اعتماد أجهزة مراقبة قائمة على الفوضى نماذج جديدة لإصدار الشهادات، فضلاً عن تدريب المهندسين غير المتفوقين.

الاتجاهات المستقبلية: الحدود المقبلة

ويتطور مجال المراقبة القائمة على الفوضى بسرعة، ويقوده التقدم في مجالات الحاسوب والتعلم الآلي والنظم الشبكية.

تكامل التعلم في مجال الآلات

وتستخدم الشبكات العصبية، ولا سيما الهياكل الحاسوبية المتكررة والمستودعات، الآن لتعلم الجذب الغريب لنظام من البيانات مباشرة، ويمكن للشبكة المدربة أن تتوقّع الخطوات القليلة المقبلة، مما يتيح التحكم في النماذج التنبؤية التي تشكل ديناميات الفوضى.() وتشير النتائج الأولية إلى أن ] أجهزة التحكم في الفوضى الظواهر الطبيعية يمكن أن تُعالج النظم التي تُعدّ فيها كميات كبيرة من المباني.

Quantum Chaos Control

As quantum computers and sensors become practical, engineers will need control systems that operate at the quantum scale where chaos takes a different form. Quantum chaos control uses the dynamics of quantum states to settle qubits and quantum sensors against decoherence. This is a nascent field but one that could revolutionize andFrantT error correction[