واژۀ کنترل معنی دوگانه‌ای دارد. اول، کنترل یک سیستم می‌تواند به سادگی به عنوان آزمون و یا بررسی این که رفتار آن رضایت‌بخش است، قابل‌درک باشد. در یک نگاه عمیق‌تر، کنترل به معنای قرار دادن عوامل به منظور تضمین این است که سیستم به همان اندازه مطلوب رفتار می‌کند. همانطور که s.bennett کتاب خود در تاریخ مهندسی کنترل را به نقل از ارسطو آغاز می‌کند: اگر هر ابزاری بتواند کار خودش را انجام دهد و در راه هدف اطاعت کند، نه کارگران ارشد به خدمتکار نیاز خواهند داشت و نه ارباب‌ها به برده. این جمله از ارسطو بیان می‌کند که هدف راهبردی تئوری کنترل، نیاز به فرآیندهای خودگردانی است که به انسان آزادی می‌بخشند.
در این مقاله مجال مرور کامل تئوری کنترل و همچنین ارتباط آن با فلسفه که هم‌اکنون اشاره شد نیست، اما به طور مختصر به تاریخچۀ آن و نخستین و واپسین جرقه‌های آن در ذهن بشر می‌پردازیم.
اگر به ریشه‌های مهندسی و تئوری کنترل برگردیم می‌توانیم نتیجه بگیریم که رومیان از برخی عناصر کنترل در آبراهه‌ها استفاده کرده‌اند، در واقع سیستم‌های ابتکاری تنظیم‌کنندۀ شیر در این سازه‌ها به منظور حفظ پایداری سطح آب تعبیه شده‌است. برخی ادعا می‌کنند که در بین‌النهرین باستانی، بیش از ۲۰۰۰ سال قبل از میلاد، کنترل سیستم‌های آبیاری نیز یک هنر شناخته شده‌بود.
از سوی دیگر در مصر باستان، برای دست‌یابی به مسیر مستقیم در بناکردن سازه‌های بزرگ، طناب‌های کششی به کار برده می‌شد، که این فناوری حاکی از آن است که در آن عصر، دو اصل زیر به خوبی درک می‌شده‌است:
۱.کوتاه‌ترین فاصله میان دو نقطه، خط مستقیم است.
۲.در تمام مسیرها با طول مشخص، مسیری که طولانی‌ترین فاصله را ایجاد می‌کند، خط مستقیم است.
وظیفه‌ی این طناب‌های کششی، دقیقاً ایجاد این منحنی‌های بهینه بود.
همچنین پژوهش‌های هویگنس و هوک در پایان قرن هفدهم بر نوسان آونگ به قصد رسیدن به اندازه‌گیری دقیق زمان از نمونه‌های نوین‌ترِ توسعۀ نظریۀ کنترل است. این تحقیقات بعدها در تنظیم سرعت آسیاب‌های بادی به‌کار گرفته‌شد. مکانیزم اصلی مبتنی بر یک سیستم چرخش توپ حول یک محور با سرعت متناسب با سرعت آسیاب بادی بود. هرچه سرعت دورانی آونگ افزیش می‌یافت، توپ‌ها از محور آونگ فاصله می‌گرفتند و از این طریق بر بال‌های آسیاب اثر و سرعت آن را کم می‌کردند.
جیمز وات نیز با سازگار کردن این ایده، موتور بخار را اختراع کرد و توانست گام بزرگی در انقلاب صنعتی بردارد. در این مکانیزم، زمانی که سرعت دورانی توپ‌ها افزایش می‌یابد، یک یا چند دریچه باز می‌شود و بخار به بیرون می‌آید، در نتیجه فشار بخار داخل دیگ کاهش می‌یابد و سرعت چرخش افت می‌کند. در واقع هدف این مکانیزم کنترلی، ثابت نگه‌داشتن سرعت چرخش است.
ایده‌های اصلی نظریۀ کنترل مورد اقبال روزافزون قرار گرفت و در دهه ۲۰، مهندسان، پردازش مداوم و استفاده از تکنیک‌های کنترل نیمه‌اتوماتیک یا خودکار را ترجیح می‌دادند. به این ترتیب، مهندسی کنترل جوانه زد و به عنوان یک رشتۀ مجزا به رسمیت شناخته‌شد. در دهه ۳۰، پیشرفت‌های مهمی در زمینه کنترل خودکار و تکنیک‌های طراحی و تحلیل صورت گرفت. تا پایان آن دهه، دو روش یا رویکرد جدید و به وضوح متفاوت در دسترس بودند: روش اول براساس استفاده از معادلات دیفرانسیل بود و ریاضی‌دانان مشهور در این رویکرد سهم به‌سزایی داشتند. روش دوم با ماهیت فرکانس بود؛ براساس تحلیل دامنه و فاز "ورودی" و "خروجی" و به شدت تحت تاثیر مطالعات فوریه.
در دهۀ ۴۰، با شروع جنگ جهانی دوم، مهندسین و دانشمندان تجربۀ خود را در مورد مکانیزم‌های کنترل هواپیما و موشک‌های بالستیک و دیگر طراحی‌های ضد هواپیمایی بهبود بخشیدند. این امر توسعۀ مهمی در روش‌های فرکانس ایجاد کرد.
از سال ۱۹۶۰ به بعد، به روش‌های کنترلی که تا اینجا بیان شد، نام کنترل کلاسیک را اطلاق کردند. جنگ نشان داد که مدل‌های در نظر گرفته‌شده تا آن زمان به اندازه کافی دقیق نبودند تا پیچیدگی دنیای واقعی را توصیف کنند. در واقع، تا آن زمان مشخص نبود که سیستم‌های واقعی اغلب غیرخطی و غیرقطعی هستند، چرا که تحت‌تأثیر نویز قرار گرفته‌اند. درک این مطلب زمینۀ تلاش‌های جدیدی را در این راستا فراهم کرد.
بر اساس این تحولات، امروزه نظریۀ کنترل را می‌توان از دو دیدگاه متفاوت و مکمل در نظر گرفت: به عنوان یک پشتیبانی نظری برای مهندسی کنترل (بخشی از مهندسی سیستم) و همچنین به عنوان یک گرایش از علوم ریاضی. در واقع امروزه نظریۀ کنترل یکی از میان‌رشته‌ای‌ترین حوزه‌های علمی است که در آن مهندسی و ریاضیات به طور کامل با هم ترکیب می‌شوند و یکدیگر را غنی می‌کنند.
ریاضیات در حال حاضر نقش رو به افزایشی را در نظریۀ کنترل ایفا می‌کند. در واقع، درجۀ پیچیدگی سیستم‌های نظریۀ کنترل باید دائماً افزایش پیدا کند و این امر باعث افزایش تقاضای ریاضیات در این زمینه می‌شود. کالمن، یکی از بزرگ‌ترین پایه‌گذاران تئوری کنترل مدرن، در سال ۱۹۷۴ گفت که در آینده، پیشرفت‌های اصلی در کنترل و بهینه‌سازی سیستم‌ها بیشتر از پیشرفت ریاضی ناشی می‌شود تا توسعۀ تکنولوژیکی. امروزه، وضعیت فناوری و امکاناتی که ارائه می‌دهد چنان مؤثر است که در درستی این جمله تردید داریم، اما بدون شک توسعۀ نظریۀ کنترل نیازمند کمک‌های عمیق از هر دو زمینه است.
طیف کاربردهای نظریۀ کنترل از ساده‌ترین مکانیزم‌هایی که ما در زندگی روزمره استفاده می‌کنیم تا پیچیده‌ترین مکانیزم‌هایی که در فن‌آوری‌های جدید ظهور می‌کنند، ادامه می‌یابد. یکی از ساده‌ترین کاربردهای نظریۀ کنترل، در ماشین ساده‌ای در مخزن سیفون ظاهر می‌شود. سیستم‌های گرمایش و تهویۀ هوا در ساختمان‌های بزرگ، سیستم‌های کنترل مقیاس بزرگِ بسیار کارآمد هستند که از اتصال سیستم‌های سیال و الکترومکانیکی تشکیل شده‌اند. هدف اصلی این سیستم‌ها حفظ یک هوای خوب، با هزینۀ عملیاتی کم و میزان بالای قابلیت اطمینان است.
فهرست کاربردهای تئوری کنترل در صنعت بی‌پایان است. برای مثال می‌توانیم به کنترل pH در واکنش‌های شیمیایی، صنایع کاغذ و خودرو، امنیت هسته‌ای، دفاع و … اشاره کنیم. امروزه کنترل هرج و مرج مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته‌است. برای مثال، کنترل در امتداد مسیرهای ناپایدار، کاربرد زیادی در کنترل دینامیک هواپیماها دارد. ساختارهای فضایی، حافظه‌های نوری ابعاد بزرگ، سیستم‌های ارتباطی ماهواره‌ای و … نیز نمونه‌هایی از سیستم‌های مدرن و پیچیدۀ کنترلی هستند. کنترل ربات‌ها، از ساده‌ترین موتورها گرفته تا bipedهایی که توانایی تحرک چندبعدی انسان‌ها را شبیه‌سازی می‌کنند، یکی دیگر از حوزه‌های نوظهور نظریۀ کنترل است.
با توجه به تاریخچۀ غنی تئوری کنترل، می‌توان پرسید که آیا این حوزه به انتهای خود رسیده‌است یا نه. واقعیت این است که جامعۀ ما هر روز مسائل جدیدی را برای تئوری کنترل طرح می‌کند و این واقعیت، نیاز به علم ریاضی نوین‌تر و پژوهش‌های پیشرفته‌تر را روز‌به‌روز بیشتر می‌کند.
منابع:
Control theory: history, mathematical achievements and perspectives- Enrique Zuazua
