Điều khiển tự động có lịch sử phát triển từ trước công nguyên, bắt đầu từ đồng hồ nước có phao điều chỉnh của 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 [1765]. Hệ điều chỉnh tốc độ được ứng dụng trong công nghiệp đầu tiên là của Jume 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. Vysthe gradsku 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 của các rada vv... 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 và Black ở các trung tâm thí nghiệm điện tín. Trong khi ấy, ở Liên Xô [cũ] chú trọng 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 Lipunoi. Minorsky cũng như lý thuyết điều khiển tối ưu hiện đại của L.. S. Pontryagin [Liên Xô cũ] của R. Belman [Mỹ] có ý nghĩa rất lớn. Các nguyên tắc điều khiển thích nghỉ, điều khiển bền vững, điều khiển mở, các "hệ thông minh" vv... ra đời và được áp dụng có hiệu quá 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 [21].
Ở Việt Nam, từ những 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 phải có khả năng sử dụng tốt mà phải có kiến thức cần thiết và chuyên tâm nghiên cứu, ứng dụng để hòa nhập vào trào lưu chung của thế giới.
Mạng internet ngày càng được sử dụng tối đa cho việc phổ biến những kiến thức mới, cho việc học tập, nghiên cứu. Tuy nhiên, không phải bất cứ ai, ở đâu cũng có thể sử dụng có 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 vậy cho đến nay, các tài liệu về những vấn đề nêu trên vẫn còn ít và thiếu, điều đó thúc đẩy tác giả biên soạn bộ sách này. Bộ sách gồm bốn quyển. Quyển I - "Lý thuyết điều khiển tự động - hệ tuyến tính" đã xuất bản năm 2001. Quyển 3 - "Lý thuyết điều khiển tự động thông thường và hiện đại - Hệ phi tuyến - Hệ ngẫu nhiên" xuất bản năm 2003. Quyển 4 - Hệ tối ưu và thích nghi - có tên là "Lý thuyết điều khiển tự động hiện đại" đã tái bản năm 2000.
Đây là quyển 2 - "Hệ xung số" nhằm phục vụ cho việc sử dụng máy tính để điều khiển các đối tượng, các quá trình sản xuất. Nội dung sách một mặt nêu bật các đặc điểm của hệ gián đoạn nói chung cũng như hệ xung số nói riêng, mặt khác chú ý đến các phương pháp khảo sát và tổng hợp hệ đã dùng ở hệ liên tục, giúp người đọc dễ tiếp thu. Các phương pháp trong miễn tần số và miền thời gian đều được để cập đầy đủ nhằm giúp sinh viên vừa nắm được những kiến thức toán học gắn liền với kiến thức thực tế, vừa có khả năng giải quyết những bài toán phức tạp ở hệ thống lớn. Ở mỗi phần đều có hướng dẫn sử dụng máy tính để mô phỏng cũng như nhiều ví dụ, nhiều bài tập có chỉ dẫn cần thiết để đi đến đáp án... Sách để cập nhiều vấn đề, nêu nhiều ví dụ thực tế, nhiều bài tập với đáp án đầy đủ và được dùng làm tài liệu học tập, tham khảo cho sinh viên, nghiên cứu sinh và cán bộ khoa học kỹ thuật.
Sách mới in lần đầu chắc không tránh khỏi thiếu sót, mong bạn đọc đóng góp ý kiến để lần tái bản sau được hoàn thiện hơn.
Tác giả chân thành cảm ơn 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 tập sách này.
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.