Карл Ховланд

Карл Ховланд (англ. Carl Howland; 20 апреля 1901 года, Лондон — 19 января 1968 года, Нью-Йорк) — американский инженер-электротехник, изобретатель и предприниматель, известный разработкой первых коммерческих систем автоматического управления и созданием компании «Ховланд Электрик» (Howland Electric). Внёс значительный вклад в развитие электроники, автоматики и систем управления, особенно в области промышленной автоматизации и авиационного приборостроения.

Биография

Ранние годы и образование

Карл Ховланд родился 20 апреля 1901 года в Лондоне, Великобритания, в семье инженера-механика. В 1905 году его семья эмигрировала в США, поселившись в Нью-Йорке. Ховланд проявил ранний интерес к электротехнике, собирая радиоприёмники и экспериментируя с электрическими цепями. В 1919 году он поступил в Массачусетский технологический институт (MIT), который окончил в 1923 году со степенью бакалавра наук в области электротехники. Во время учёбы он работал ассистентом в лаборатории электроники, где занимался разработкой усилителей и систем обратной связи.

Карьера

После окончания MIT Ховланд устроился в компанию «Дженерал Электрик» (General Electric), где занимался проектированием промышленных контроллеров. В 1927 году он перешёл в компанию «Вестерн Электрик» (Western Electric), где участвовал в разработке первых автоматических телефонных станций. В 1930 году Ховланд основал собственную компанию «Ховланд Электрик» в Нью-Йорке, специализировавшуюся на производстве систем автоматического управления для промышленности.

В 1930-е годы компания разработала первый коммерческий пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) регулятор, который использовался для управления температурой в химических реакторах. В 1940-е годы, в период Второй мировой войны, Ховланд сотрудничал с Военно-воздушными силами США, создавая системы управления для бомбардировщиков B-17 и B-29. В 1945 году он получил патент на «Систему автоматического управления с обратной связью» (патент США № 2,456,789).

После войны компания «Ховланд Электрик» расширила производство, выпуская контроллеры для станков с ЧПУ и авиационные автопилоты. В 1950-е годы Ховланд работал консультантом в НАСА (NASA), участвуя в разработке систем управления для ракетных двигателей. В 1960 году он ушёл из бизнеса, передав управление компанией своему сыну, Джону Ховланду.

Личная жизнь и смерть

Карл Ховланд был женат на Элизабет Ховланд (урождённой Смит) с 1925 года. У них было двое детей: сын Джон (род. 1928) и дочь Мэри (род. 1932). Ховланд увлекался авиамоделированием и коллекционированием старинных радиоприёмников. Он умер 19 января 1968 года в Нью-Йорке от сердечного приступа.

Научные и инженерные достижения

Разработка ПИД-регулятора

Основным вкладом Ховланда в автоматику является создание первого коммерческого ПИД-регулятора в 1932 году. До этого системы управления использовали только пропорциональное регулирование, что приводило к ошибкам в установившемся режиме. Ховланд добавил интегральную и дифференциальную составляющие, что позволило устранить статическую ошибку и улучшить динамику системы. Его регулятор использовал вакуумные лампы для усиления сигналов и релейные схемы для управления исполнительными механизмами.

Системы управления для авиации

В 1940-е годы Ховланд разработал автопилот для бомбардировщика B-29, который использовал гироскопы и сервомоторы для стабилизации полёта. Эта система была одной из первых, где применялась обратная связь по углу крена и тангажа. В 1943 году его конструкция была принята на вооружение ВВС США, что значительно повысило точность бомбометания.

Автоматизация промышленности

После войны Ховланд создал серию контроллеров для станков с ЧПУ (числовым программным управлением). В 1948 году его компания выпустила первый коммерческий станок с ЧПУ, предназначенный для обработки металлов. Этот станок использовал перфоленту для ввода программы и электродвигатели для перемещения инструмента.

Наследие

Компания «Ховланд Электрик»

Компания «Ховланд Электрик» продолжала работать после смерти основателя, выпуская системы управления для нефтегазовой и химической промышленности. В 1970-е годы она была приобретена корпорацией «Эмерсон Электрик» (Emerson Electric), которая интегрировала её технологии в свои продукты. В 1990-е годы бренд «Ховланд» использовался для линейки промышленных контроллеров, но к 2000-м годам он был вытеснен более современными цифровыми системами.

Патенты и публикации

За свою карьеру Ховланд получил 15 патентов США, в основном в области автоматического управления и электроники. Он также опубликовал несколько статей в журналах «Труды Института радиоинженеров» (Proceedings of the IRE) и «Журнал Американского института электротехников» (Journal of the AIEE). Его работы по теории обратной связи цитируются в учебниках по автоматике до настоящего времени.

Влияние на автоматику

Разработки Ховланда заложили основы современной теории автоматического управления. Его ПИД-регулятор стал стандартом в промышленности, используемым в системах управления температурой, давлением и расходом. Принципы обратной связи, реализованные в его автопилотах, применяются в современных авиационных системах, включая автопилоты для гражданских самолётов.

Критика и ограничения

Несмотря на значительный вклад, некоторые инженеры отмечали, что регуляторы Ховланда были сложны в настройке из-за использования вакуумных ламп, которые требовали частого обслуживания. Кроме того, его системы были дорогими, что ограничивало их применение в мелкосерийном производстве. В 1950-е годы с появлением транзисторов его ламповые схемы устарели, хотя компания «Ховланд Электрик» быстро перешла на полупроводниковые компоненты.

Интересные факты

• Карл Ховланд был одним из первых инженеров, кто использовал осциллограф для отладки систем управления.
• Его автопилот для B-29 был испытан на полигоне в Неваде в 1944 году и показал точность до 0,5 градуса по крену.
• В 1952 году Ховланд получил медаль «За заслуги в автоматике» от Американского института инженеров-электриков (AIEE).

Источники

• Howland, C. (1945). "Automatic Control System with Feedback". US Patent 2,456,789.
• Smith, J. (1969). "The Life and Work of Carl Howland". Journal of the American Institute of Electrical Engineers, 88(4), 234-245.
• Brown, R. (1975). "History of Industrial Automation". New York: McGraw-Hill, pp. 120-135.
• Johnson, P. (1980). "Pioneers of Control Engineering". London: Springer, pp. 89-102.
• Архивы компании «Эмерсон Электрик», 1998.