Để nắm đ−ợc thế nào là điều khiển học thì ta xem xét một số định nghĩa về điều khiển trong một số lĩnh vực nh− sau:
Trong Lý thuyết và điều khiển tự động nêu nh− sau:
Để hiểu nội dung của lý thuyết điều khiển và điều chỉnh tự động, tr−ớc hết phải làm quen với các đinh nghĩa khái quát d−ới đây.
a. Một tập hợp gồm những phần t− bất kỳ liên kết thành một thể hoàn chỉnh theo định nghĩa nào đó, đ−ợc gọi là một hệ .
Những cơ cấu máy, xí sản xuất hay hệ thần kinh vv…đều là ví dụ về hệ. Đối với những hệ mà một trạng thái nào đó của nó có thể biến đổ theo thời gian, ta có định nghĩa nh− sau:
b. Sự biến đổi trạng thái của một hệ theo thời gian, đ−ợc gọi là chuyển động của nó.
Ví dụ: Sự biến đổi theo thời gian về vị trí của cơ cấu,về sản l−ợng hay vât liệu tồn kho của một xí nghiệp, về nhiệt độ của một lò nung, hoặc của một quá trình t− duy vv… đều là những chuyển động.
Chuyển động của hệ xẩy ra do ảnh h−ởng của các tác nhân bên ngoài và
những quá trình bên trong của nó. Có thể chọn tác động bên ngoài sao cho chuyển động của một hệ nào đó tiến hành theo ý định của con ng−ời, đó là nội dung của khái niện điều khiển, định nghĩa nh− sau:
c. Điều khiển một đối t−ợng nào đó là cho đối t−ợng ấy một tác động có chọn lọc, dựa theo các tin tức đã biết, đề đối t−ợng đó có trạng thái cần thiết. Đối t−ợng này đ−ợc gọi là đối t−ợng điều khiển.
Đối với những đối t−ợng kỹ thuật, trong quá trình chuyển động bao giờ cũng đặc tr−ng băng những chỉ tiêu nhất định, đ−ợc gọi là những tham số của quá trình, và nội dung của việc điều khiển, một mặt là khởi động, dừng, thay đổi chế độ làm việc, đóng mở các thiết bị phụ vv..mặt khác là đảm bảo cho những tham số quá trình không đổi hoặc biến thiên theo quy luật mong muốn.
d. Điều khiển tự động là điều khiển các kỹ thuật, không cần tham gia trực tiếp của con ng−ời.
Điều khiển t− động là một tr−ờng hợp riêng đặc biệt quan trong của điều khiển tự động nhằm đảm bảo cho một tham số nào đó của quá trình chuyển động có giá trị không đổi hoặc đ−ợc điều khiển theo một quy luật mong muốn, mặc dù có những tác động bất th−ờng bên ngoài.
Lý thuyết điều khiển (và điều chỉnh) là khoa học về các quá trình điều khiển và những quy luật chung của chúng
Những đặc tr−ng cơ bản của hệ điều khiển và điều chỉnh tự động.
a. Hệ điều khiển và điều chỉnh tự động .
Để điều khiển một đối t−ợng, phải biến thiên các tác động điều khiển trên đối t−ợng đó. Sự biến thiên này đ−ợc thực hiện nhờ những tín hiệu điều khiển - là những thể hiện vật chất của sự thông báo giá trị cần có tác động điều khiển.
Tập hợp các phần tử tạo ra tín hiệu điều khiển đ−ợc gọi là hệ điều khiển tự động.
Hệ bao gồm đối t−ợng điều khiển và thiết bị điều khiển tự động gọi là hệ
điều khiển tự động.
Trong hệ điều khiển tự động, thiết bị điều khiển đ−ợc gọi là bộ điều chỉch tự động. Để thuận tiện cho việc trình bày. Từ đây về sau hệ điều khiển và điều chỉnh tự động sẻ đ−ợc gọi tắt là Hệ tự động.
b. Các hệ tự động.
đối với một hệ nào đó, những tác động từ bên ngoài có ảnh h−ởng tới chuyên động (trạng thái) của nó, đ−ợc gọi là những đại l−ợng vào.
Các đại l−ợng vào bao gồm: tác động điều khiển (là các dại l−ợng có thể sắp đặt một cách nào đó để hệ có chuyển động mong muốn) và tác động nhiễu (còn gọi là nhiễu động hoặc kích động) là những đại l−ợng còn lại.
Tác động của hệ đối với môi tr−ờng xung quanh bằng đặc tr−ng bằng các đại l−ợng ra, đó là những đại l−ợng mà giá trị và quy luật biến thiên của chúng cho biết trạng thái của hệ.
Hệ tự động, trong đó để tạo tác động điều khiển trong quá trình làm việc phải dùng tới những tin tức về đại l−ợng ra, đ−ợc gọi là hệ kín tự động.
Nói một cách khác hệ tự động kín là hệ trong đó đại l−ợng ra đ−ợc dùng làm một trong những đại l−ợng vào, do đó có tác động qua lại giữa bộ phận điều khiển và đối t−ợng.
L−ợc đồ 1.1 L−ợc đồ của hệ tự động kín Bộ phận điều kiển Đối t−ợng Tự động điều khiển
Nhiễu động Nhiễu động
Trong hệ tự động, liên kết chuyển tín hiệu ra của một phân tử thành tin
hiệu vào của phần tử tiếp sau nó, gọi là liên kết thuận, còn liên kết chuyển tín hiệu ra của một phần tử thành tín hiệu vào của một phần tử nào đó tr−ớc nó hoặc của chính nó, đ−ợc gọi là liên kết phản hồi hoặc hồi tiếp.
Trong hệ tự động hở chỉ có mạch thuận, trong hệ tự động kín bao giờ cũng có mạch hồi tiếp, và vì thế hệ tự động kín còn đ−ợc gọi hệ tự động có hồi tiếp.
c. L−ợc đồ chức năng của hệ tự động
Có hai cách phân loại các phần tử của một hệ tự động theo công dụng và theo dạng ph−ơng trình mô tả quá trình chuyển động của phần tử đó.
Theo cách thứ nhất, mối phần tử của hệ đ−ợc gọi là một phần tử chức năng, còn theo cách thứ hai, đ−ợc gọi là một khâu động lực.
Các phần tử chức năng của hệ tự động bao gồm:
- Đối t−ợng điều khiển phần tử nhậy (hay phần tử đo), phát tín hiệu khi có độ lệch giữa đại l−ợng đ−ợc điều khiển và đại l−ợng đã cho phần tử đề xuất phát ra;
- Phần tử biến đổi khuếch đại đại biến tín hiệu phần tử nhạy tới tín hiệu khác dạng mạnh hơn khi cần thiết và truyền cho phần tử chấp hành , là phần tử phát tín hiệu diều khiển vào đối t−ợng.
X1 Phần tử đo Phần tử đề xuất Nguồn năng l−ợng Nhiễu động X2 X3 = X2 - X0Phần tử nhạy X0 X4 Phần tử biến đổi khuyếch đại Phần tử chấp hành X4 Đối T−ợng Bộ điều chỉnh
Điều khiển một đối t−ợng nào đó là cho đối t−ợng ấy một tác động có
chọn lọc, dựa theo các tin tức đã biết, đề đối t−ợng đó có trạng thái cần thiết. Đối t−ợng này đ−ợc gọi là đối t−ợng điều khiển.
Trong dạy học:
Điều khiển là sự tác động qua lại của ít nhất hai phần tử. Một gọi là chủ thể điều khiển, và một gọi là đối t−ợng điều khiển, và do sự tác động trên hành vi của một trong hai phần tử (là đối t−ợng bị điều khiển) trở thành h−ớng đích. - Hành vi h−ớng đích là vẫn đề quan trọng nhất của việc điều khiển, nó vừa là
mục tiêu vừa là kết quả của việc điều khiển.
- Quá trình điều khiển là quá trình thông tin. Thông tin là thể nền của mọi hoạt động điều khiển. Quá trình dạy học diễn ra theo một trình tự nhất định và có ngôn ngữ riêng (thuật ngữ của khoa học) để có thể hiểu đ−ợc nội dung đang trung chuyển. Thông tin không phải là vật chất nh−ng nó phải tồn tại qua vỏ vật chất của nó - gọi là vật mang tin, đó chính là thuộc tính phản ánh của vật chất.
Thông tin trong dạy học có hai nội dung cơ bản nh− sau:
+ Tính bất biến, nó phản ánh nội dung thông tin (tri thức khoa học), thầy và trò (phải hiểu thấu đáo) đều hiểu nh− nhau.
+ Độ bất định, phản ánh nội dung mà học sinh ch−a nhận biết về đối t−ợng, còn mức độ hiểu phụ thuộc và mức độ thủ tiêu độ bất định của thầy và sự nỗ lực của trò.
Nh− vậy theo quan điểm điều khiển học, ta có thể coi QTDH là một hệ điều chỉnh. Trong đó, GV là bộ phận điều chỉnh, SV là bộ phận bị diều chỉnh nh−ng đồng thời tự điều chỉnh. Sự điều chỉnh và tự điều chỉnh dựa trên nguyên lý nền tảng của điều khiển học, đó là liên hệ ng−ợc, là sự thu nhận thông tin về mức độ phụ hợp của hành động thực hiện so với hành động quy định. Có hai liên hệ ng−ợc; liên hệ ng−ợc ngoài từ SV đến GV chủ yếu giúp cho sự điều chỉnh GVvà liên hệ ng−ợc trong ở bản thân SV chủ yếu giúp cho sự điều chỉnh của
SV. Các mối liên hệ trong đ−ợc tạo ra không chỉ thông qua việc kiển tra, đánh
giá kết quả học tập của GV tiến hành, mà thông qua sự tự kiểm tra, tự đánh giá của chính bản thân SV. Sự điều chỉnh, sự chỉ đạo của GV phải làm sao cho sự tự kiểm tra, tự đánh gia đó hình thành và ngày càng phát triển ở SV để họ tự điều chỉnh và học tập một cánh tự giác, tích cực và độc lập, tức là làm sao cho học tập trở thành một hệ kín - mạch điều chỉnh với tính chất là một hệ thứ cấp trong dạy học. ở đó vừa là khách thể vừa là chủ thể của QTDH. Vì vậy, QTDH d−ới góc độ này là quá trình phát triển biện chứng, trong đó có sự thống nhất của sự điều chỉnh (dạy), sự đ−ợc điều chỉnh và sự tự điều chỉnh (học), từ đó ta có khái niệm nh− sau:
Ví dụ: L−ợc đồ điều khiển mức nhiên liệu trong buồng phao của bộ chế hoà khí.
L−ợc đồ 1.3 L−ợc đồ điều khiểnmức nhiên liệu trong buồng phao của BCHK