Lý thuyết điều khiển tự động thông thường và hiện đại - Quyển 1: Hệ tuyến tính

Tác giả	PGS. TS Nguyễn Thương Ngô
Số trang	344
Tải về	Mega

Điều khiển tự động có lịch sử phát triển trước Công nguyên, bắt đầu từ đồng hồ nước có phao điều chỉnh Ktesibios ở Hy Lạp. Hệ điều chỉnh nhiệt độ đầu tiên do Cornelis Drebbel (1572-1633) người Hà Lan sáng chế. Hệ điều chỉnh mức đầu tiên là của Polzunov người Nga (1776). Hệ điều chỉnh tốc độ được ứng dụng trong công nghiệp đầu tiên là Jame Watt (1769).

Thời kỳ trước năm 1868 là thời kỳ chế tạo những hệ tự động theo trực giác. Các công trình nghiên cứu lý thuyết bắt đầu từ Maxwell, đề cập đến ảnh hưởng của thông số đối với chất lượng của hệ. I.A.Vysnhegradshi với công trình toán học về các bộ điều chỉnh.

Thế chiến lần thứ Hai đòi hỏi sự phát triển về lý thuyết và ứng dụng để có những máy bay lái tự động, những hệ điều khiển vị trí của các loại pháo, điều khiển tự động ra-đa... Những năm 1950, các phương pháp toán học và phân tích đã phát triển và đưa vào ứng dụng nhanh chóng. Ở Mỹ thịnh hành hướng nghiên cứu trong miền tần số với các công trình ứng dụng của Bode Nyquist, Black ở các trung tâm thử nghiệm điện tín. Trong khi ấy ở Liên Xô (cũ) ngự trị lĩnh vực lý thuyết điều khiển và ứng dụng trong miền thời gian.

Từ những năm 1980, máy tính số bắt đầu được sử dụng rộng rãi, cho phép điều khiển với độ chính xác cao các đối tượng khác nhau.

Với sự ra đời của vệ tinh, thời đại vũ trụ bắt đầu, các hệ điều khiển ngày càng phức tạp hơn và đòi hỏi chất lượng cao hơn. Các phương pháp của Liapu-nốp, Minorsky cũng như lý thuyết điều khiển tối ưu hiện đại của L.S.Pontryagin (Liên Xô cũ), Bellman (Mỹ) có ý nghĩa rất lớn. Các nguyên tắc điều khiển thích nghi, điều khiển bền vững, điều khiển mờ, các "hệ thông minh"... ra đời và được áp dụng có hiệu quả vào thực tiễn.

Rõ ràng là trong việc phân tích và tổng hợp các hệ điều khiển hiện nay, việc sử dụng đồng thời miền tần số và miền thời gian là cần thiết.

Ở Việt Nam từ nhưng năm 1960, Đảng và Nhà nước ta đã quan tâm đến việc đào tạo cán bộ và nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực này.

Hiện nay công nghệ tự động là một trong những hướng phát triển công nghệ mũi nhọn của đất nước trong thế kỷ 21. Nghị quyết 27CP của Chính phủ về Chương trình Tự động hóa Quốc gia đã khẳng định vai trò quan trọng của ngành công nghệ này.

Những công trình công nghiệp lớn và trọng điểm hiện nay đều được tự động hóa ở mức độ tương đối cao và chủ yếu do nước ngoài đảm nhiệm. Để làm chủ được các công nghệ mới này, cán bộ kỹ thuật không những có khả năng sử dụng tốt mà phải có kiến thức cần thiết và chuyên tâm nghiên cứu, ứng dụng để có thể theo kịp nhịp điệu phát triển chung của thế giới.

Mạng Internet ngày càng được sử dụng rộng rãi cho việc phổ biến những kiến thức cho việc học tập, nghiên cứu. Tuy nhiên không phải bất cứ ai, ở đâu cũng có thể sử dụng hiệu quả, nhất là việc học tập, nghiên cứu những kiến thức cơ sở một cách có hệ thống.

Công cụ để điều khiển tự động không ngừng đổi mới và hoàn thiện, nhưng nguyên lý cơ bản vẫn không thay đổi đáng kể. Tuy nhiên cho đến nay, các tài liệu về những vấn đề nêu trên vẫn còn ít, những điều trên đã thúc bách tác giả biên soạn bộ sách này. Bộ sách "Lý thuyết điều khiển tự động thông thường và hiện đại" gồm bốn quyển: Quyển 1: "Hệ tuyến tính", Quyển 2: "Hệ xung số", Quyển 3: "Hệ phi tuyến - Hệ ngẫu nhiên", và Quyển 4: "Hệ tối ưu - Hệ thích nghi".

Quyển 1: "Hệ tuyến tính" tái bản lần này có sửa chữa và bổ sung. Quyển này có 7 chương:

   Chương 1: Sau khi bắt đầu bằng 3 ví dụ về ba thời kỳ phát triển của kỹ thuật tự động, nêu lên phân loại các hệ điều khiển khác để có khái niệm bao quát về các hệ tự động nói chung.

   Chương 2: Cơ sở toán học của lý thuyết điều khiển tự động. Sau khi nhắc lại phương trình vi phân và toán tử Laplace, nêu lên khái niệm về hàm truyền đạt, các đặc tính vào ra trong miền thời gian và miền tần số, cũng như đặc tính của những phần tử thường gặp.

   Chương 3: Nêu lên các tiêu chuẩn thường dùng như Hurwitz, Routh, Nyquist để khảo sát ổn định các hệ điều khiển cũng như cách dùng công cụ máy tính theo chương trình Tutsim [6], Matlab [7] để mô phỏng.

   Chương 4: Đề cập đến phương pháp xác định cấu trúc và thông số của các đối tượng cũng như phương pháp quỹ đạo nghiệm số, chia miền ổn định là phương pháp hữu hiện trong việc phân tích cũng như tổng hợp hệ thống.

   Chương 5: Nêu lên khái niệm về chất lượng cũng như tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng một hệ thống điều khiển tự động.

   Chương 6: Tổng hợp hệ điều khiển tự động. Ở đây nêu lên việc dùng các khâu hiệu chỉnh cũng như các bộ điều chỉnh khác nhau, điện tử, khí nén để nâng cao chất lượng các hệ điều khiển (SISO cũng như MIMO), có bổ sung thêm phần dùng máy tính để tổng hợp hệ thống tối ưu.

   Chương 7: Phương pháp biến trạng thái đối với các hệ điều khiển tự động. Ở đây có nêu lên mối liên hệ giữa các phương pháp khảo sát hệ thống trong miền tần số và miền thời gian, cũng như phương pháp dùng máy tính để mô tả hệ thống không gian trạng thái, khái niệm về điều khiển được và quan sát được, dùng máy tính để phân tích và tổng hợp hệ thống. Trong chương này cũng đề cập đến điều khiển tích phân, cách xây dựng bộ quan sát động...

Quyển sách này đề cập đến nhiều vấn đề cơ bản gắn liền với những khái niệm thực tế, khá nhiều ví dụ chứng minh, dùng máy tính để minh họa, cũng như nhiều bài tập với đáp án đầy đủ. Sachd dùng làm tài liệu học tập tham khảo cho sinh viên, nghiên cứu sinh và cán bộ khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực tự động điều khiển.

Tác giả rất mong bạn đọc góp ý kiến để sách này càng hoàn thiện hơn.
Tác giả chân thành cảm ở các bạn đồng nghiệp, các cán bộ thuộc Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật đã giúp đỡ thiết thực để hoàn thành được bộ sách này.