Kỹ thuật điều khiển tự động - tập 1

Hệ thống điều khiển tự động có vai trò quan trọng trong tất cả các lĩnh vực kỹ thuật. Hệ thống tự động được sử dụng rộng rãi từ thiết kế các thiết bị dòi hỏi có độ chính xác cũng như các thiết bị điện tử có độ nhạy cao tới thiết kế thiết bị nặng như các thiết bị trong công nghiệp sản xuất thép. Điều khiển tự động sẽ ngày càng phát triển bởi vì tất cả các thành tựu mới trong khoa học đều được đưa vào ứng dụng thiết bị điều khiển tự động.

Cuốn sách kỹ thuật điều khiển được viết trên cơ sở bài giảng và những trải nghiệm giảng dạy và thực tế nhờ đó giúp tác giả có cái nhìn bao quát về môn học cũng như phương pháp trình bày nhằm cung cấp cho người đọc đầy đủ nội dung môn học, rõ ràng và dễ hiểu. Với mục đích giúp cho các bạn đọc là người mới tiếp cận với lĩnh vực kỹ thuật điều khiển tự động cũng dễ hiểu và có thể thực hành được.

Nghiên cứu hệ điều khiển bắt đầu từ phân tích hiện tượng vật lý, từ đó xây dựng mô hình biểu diễn hiện tượng vật lý bằng các phần tử và tìm ra các phương trình đặc trưng cho mỗi phán tử. Thực tế, các phần tử thực đều có phương trình đặc trưng là hàm phi tuyến. Bởi vậy, cần phải tuyến tính hóa để các phần tử trở thành các phần tử lý tưởng. Sau đó, biểu diễn hệ bởi mô hình toán học. Giải phương trình biểu diễn hệ cho phép chúng ta hiểu được hoạt động của hệ và thiết kế, điều chỉnh để đạt được hoạt động của hệ theo yêu cầu. Chúng ta cũng có thể biểu diễn hệ bằng sơ đồ khối. Các khối liên kết thành hệ hoàn chỉnh và sơ đồ khối là cách biểu diễn hiệu qua hoạt động của hệ. Chương 2 và chương 3 của cuốn sách chủ yếu phân tích các hiện tượng xảy ra ở hệ cơ, điện, thủy lực, khi nên và nhiệt. Xây dựng các mô hình dùng dể xác định đặc trưng của các phần tử và xác định hàm đặc trưng cho từng phân tử Chương 4 phân tích một số cấu trúc tích hợp từ các phân tử của các lĩnh vực khác nhau có đặc trưng biến đổi năng lượng, biến đổi chuyển động, truyền năng lượng và các đặc trưng khác. Chương 5 giới thiệu phương pháp biểu diễn hệ bằng các phân tử lý tưởng hoặc bằng sơ đồ khối và chỉ ra ích lợi của biểu diễn hệ trong phân tích và thiết kế hệ. Chương 6 trình bày mô hình toán học. Hoạt động của hệ được biểu diễn bởi các phương trình vi phân. Để hiểu được hoạt động của hệ chúng ta cần giải phương trình vi phân. Ở chương này nhắc lại phương pháp biến đổi Laplace và một số phương pháp biến đổi ngược Laplace được dùng phổ biến trong phân tích, thiết kế. Nhằm giúp cho sinh viên năm các phương pháp này phục vụ cho giai đoạn phân tích và thiết kế. Đồng thời đi sâu vào phân tích các đại lượng đặc trưng hoạt động quá độ của hệ bậc nhất, bậc hai và các hệ thường gặp trong kỹ thuật. Chương 7 trình bày chủ yếu trình mô hình không gian trạng thái. Lý thuyết cơ bản dùng trong thiết kế hệ điều khiển hiện đại. Các phương pháp chuyển phương trình vi phần tín hiệu vào-ra sang không gian trạng thái, phương pháp giải phương trình vì phần trạng thái, chuyển phương trình trạng thái sang hàm truyền và graph dòng biến không gian trạng thái cũng được trình bày ở chương này. Đánh giá ổn định của hệ là nhiệm vụ quan trọng của phân tích, thiết kế hệ điều khiển, nội dung này được trình bày ở chương 8. Ở đây chỉ ra phương pháp đánh giá ổn định của hệ theo tiêu chuẩn Rooth, Nyquist, đô thị Bode, đồ thị Nichols, quỹ đạo nghiệm và tiêu chuẩn Lyapunov dùng cho cả hệ tuyến tính và phí tuyến Chương 9 trình bày phương pháp phác hoa quỹ đạo nghiệm và đánh giá ổn định của hệ thông qua quỹ đạo nghiệm. Chương 10 chủ yếu trình bày các phương pháp thiết kế hệ điều khiển phản hồi, phương pháp bù tích cực và thụ động. Điều khiển số và vi điều khiển ngày cũng được ứng dụng rộng rãi trong điều khiển. Lĩnh vực này được trình bày chủ yếu ở chương II.

Tác giả mong rằng cuốn sách ra đời đáp ứng được nhu cầu kiến thức về kỹ thuật điều khiển của sinh viên các trường cao đẳng, đại học và các bạn đọc ham mê lĩnh vực điều khiển tự động. Mong rằng cuốn sách là tài liệu hữu ích đối với người nghiên cứu và giảng dạy trong lĩnh vực này.

Tác giả xin bày tỏ cám ơn chân thành tới Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật đã tạo điều kiện để cuốn sách nhanh chóng đến với bạn đọc và các đồng nghiệp đã tham gia đóng góp nhiều ý kiến quý báu. Do thời gian và khả năng có hạn chắc rằng cuốn sách không tránh khỏi sai sót. Tác giả rất cảm kích cám ơn các bạn đọc đến với cuốn sách và rất mong nhận được ý kiến đóng góp quý báu giúp cho chất lượng cuốn sách được hoàn thiện hơn sau mỗi lần tái bản. Những ý kiến đóng góp xin gửi về Bộ môn Máy và Ma Sát, Viện Cơ Khí Trường đại học Bách Khoa Hà Nội, số 1 Đại Cổ Việt hoặc Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 70 Trần Hưng Đạo Hà Nội.