TRUNG ƯƠNG)
6.6. Hai hình thức điều khiển
Theo nghiên cứu của Maxwell, các bộ điều khiển máy hơi nước hoạt động giống hệt hệ thống điều khiển phản hồi hiện đại. Bộ điều khiển “cảm nhận” tốc độ quay của trục máy hơi nước và sử dụng kết quả đo được để điều chỉnh lực đẩy tác động vào trục máy. Nếu trục máy quay quá nhanh, bộ điều khiển sẽ tạo một lực hãm làm giảm tốc độ quay. Nếu trục máy quay quá chậm, bộ điều khiển sẽ nới lỏng lực hãm để trục máy tăng tốc.
Ý tưởng điều khiển tự động nghe có vẻ đơn giản về mặt lý thuyết, song lại rất khó thực hiện trên thực tế. Các kỹ sư nhận thấy rằng bộ điều khiển tạo lực hãm khi trục máy đang quay quá nhanh, khiến tốc độ máy đột ngột giảm xuống. Lúc này, bộ điều khiển lại bất ngờ nới lỏng lực hãm, gây ra một đợt gia tốc đột ngột. Như vậy, kết quả hoạt động mong muốn - duy trì tốc độ quay ở mức ổn định - khơng xảy ra; thay vào đó, các bộ điều khiển cứ liên tục bật - tắt công tắc hãm, khiến tốc độ của máy chao đảo thông qua những dao động mạnh.
Điều mà Maxwell phát hiện ra trong các phương trình của mình là cường độ và thời điểm phản ứng của bộ điều khiển là rất quan trọng. Nếu bộ điều khiển phản ứng thái quá (tạo lực hãm quá lớn hoặc can thiệp khơng đúng thời điểm), nó sẽ tạo ra một loạt các dao động với biên độ tăng liên tục, và dần dần sẽ làm vỡ máy. Mặt khác, nếu bộ cảm biến được điều chỉnh để can thiệp nhẹ nhàng hơn tại đúng thời điểm của chu kỳ, thì nó có thể hướng hệ thống vào một tốc độ mong muốn thơng qua một loạt những dao động có biên độ giảm liên tục.
Phản ứng ban đầu của các kỹ sư đối với những hệ thống dao động là tìm cách tạo ra những bộ điều khiển mạnh hơn nữa.
143 Maxwell chỉ ra rằng trong hệ điều khiển, đây thường là câu trả lời sai. Điều cần làm ở đây là phải tạo ra một bộ điều khiển nhẹ nhàng hơn: nó sẽ cho phép hệ thống chuyển động trong một giới hạn chấp nhận được, và cho phép quá trình điều khiển quy tụ sau một vài chu kỳ.
Bài viết của Maxwell cho thấy rằng kiểm soát các hệ thống mất ổn định là khả thi. Nhưng đây là một nghệ thuật tinh vi, trong đó thời điểm và biên độ của phản ứng điều khiển đều đóng vai trị quan trọng. Bên cạnh đó, q trình này cũng chứng tỏ một thực tế là chúng ta sẽ không bao giờ đạt được sự ổn định hoàn hảo mà cũng khơng nên mong chờ điều đó.