Hendrik Wade Bode

Hendrik Wade Bode (/ˈboʊdi/ boh-dee; Dutch:&nbsp;[ˈbodə]) (24/12/1905 – 21/6/1982) là một kỹ sư, nhà nghiên cứu, nhà phát minh, nhà văn và nhà khoa học người Mỹ, có tổ tiên Hà Lan. Là nhà tiên phong của lý thuyết điều khiển hiện đại và điện tử viễn thông, ông đã cách mạng hóa cả nội dung và phương pháp của các lĩnh vực mà mình lựa chọn nghiên cứu.

Ông có những đóng góp quan trọng vào việc thiết kế, hướng dẫn và điều khiển hệ thống phòng không trong Thế chiến thứ II và tiếp tục sau Thế chiến thứ II trong Chiến tranh lạnh với thiết kế và điều khiển tên lửa và tên lửa chống tên lửa đạn đạo.

Ông cũng có những đóng góp quan trọng cholý thuyết hệ thống điều khiển và các công cụ toán học để phân tích sự ổn định của các hệ thống tuyến tính, phát minh ra biểu đồ Bode, biên độ pha và biên độ độ lợi.

Bode là một trong những nhà triết học kỹ thuật lớn trong thời đại của mình. Ông được tôn trọng trong giới học thuật trên toàn thế giới, ông cũng được biết đến rộng rãi đối với các sinh viên kỹ thuật hiện đại chủ yếu cho việc phát triển cường độtiệm cận và biểu đồ pha mang tên ông, biểu đồ Bode.

Các đóng góp nghiên cứu của ông đặc biệt không chỉ đa chiều mà đến nay mà còn được áp dụng rộng rãi, như chương trình không gian của Hoa Kỳ.

Học vấn
Bode được sinh ra tại Madison, Wisconsin. Cha ông là một giáo sư giáo dục, và một giảng viên tại trường Đại học Illinois tại Urbana-Champaign lúc ông còn học tiểu học. Ông vào Trường Tiểu học Leal và nhanh chóng tiến bộ thông qua hệ thống trường học Urbana và tốt nghiệp trung học ở tuổi 14.

Ngay sau khi tốt nghiệp trung học, ông xin nhập học vào trường đại học Illinois, nhưng đã bị từ chối bởi vì quá nhỏ tuổi. Nhiều thập kỷ sau đó, vào năm 1977, Trường Đại học này đã cấp cho ông bằng tiến sĩ khoa học danh dự. Sau khi nhận được bằng thạc sĩ, ông vẫn ở lại trường cũ của mình, với tư cách trợ giảng thêm một năm nữa. Sau đó, vào năm 1929, ông đã gia nhập Tập đoàn Nghiên cứu Toán học (Mathematical Research Group), nơi ông đã xuất sắc trong việc nghiên cứu liên quan đến lý thuyết các mạng lưới điện tử và ứng dụng của nó trong viễn thông. Được tài trợ bởi Phòng thí nghiệm Bell, ông quay trở lại đi học tiếp, lần này tại Đại học Columbia, và ông đã hoàn thành bằng tiến sĩ vật lý vào năm 1935.

Năm 1938, ông đã phát triển biểu đồ tiệm cận pha và biên độ, ngày nay được gọi là biểu đồ Bode, thể hiện đáp ứng tần số của các hệ thống một cách rõ ràng. Tác phẩm về Các hệ thống điều khiển tự động (phản hồi) của ông giới thiệu các phương pháp mới để nghiên cứu về sự ổn định hệ thống, cho phép các kỹ sư nghiên cứu sự ổn định trong miền thời gian bằng cách sử dụng các khái niệm trong miền tần số đó là độ lợi và biên độ pha, việc nghiên cứu này được hỗ trợ bởi biểu đồ nổi tiếng mang tên ông.
Về bản chất, phương pháp của ông đã khiến cho việc ổn định rõ ràng trong cả miền thời gian và miền tần số và, hơn nữa, các phân tích dựa trên miền tần số của ông là nhanh hơn và đơn giản hơn so với phương pháp dựa trên miền thời gian truyền thống. Điều này cung cấp cho các kỹ sư một công cụ phân tích sự ổn định và thiết kế hệ thống nhanh chóng và trực quan mà vẫn còn được sử dụng rộng rãi cho tới ngày nay. Ông cùng với Harry Nyquist phát triển các điều kiện lý thuyết áp dụng đối với sự ổn định của các mạch khuếch đại. (được tài trợ bởi Ủy ban Nghiên cứu Quốc phòng (NDRC) Ban D-2), phát triển các hệ thống điều khiển tự động phòng không, trong đó thông tin radar được sử dụng để cung cấp dữ liệu về vị trí của máy bay địch, sau đó được đưa tới các cơ cấu servo của pháo phòng không cho phép tự động, tăng cường giám sát đường bay của máy bay địch, nói cách khác, tự động bắn hạ máy bay địch với sự giúp đỡ của radar. Các động cơ servo sử dụng cả điện và thủy lực, được sử dụng chủ yếu cho việc định vị các khẩu súng phòng không có khối lượng lớn. Phân tích thống kê cũng đã được sử dụng để hỗ trợ trong việc tính toán vị trí chính xác của máy bay địch và làm mịn dữ liệu thu được từ mục tiêu do các biến động tín hiệu và hiệu ứng nhiễu gây nên.

"Cuộc hôn nhân cưỡng bức"
Do đó Bode nhận ra vòng lặp phản hồi dữ liệu không dây đầu tiên trong lịch sử của hệ thống điều khiển tự động bằng cách kết hợp thông tin liên lạc dữ liệu không dây, máy tính điện, các nguyên lý thống kê và lý thuyết các hệ thống điều khiển phản hồi. Ông đã cho thấy sự tinh tế của mình bằng cách gọi liên kết đa ngành này một cuộc hôn nhân cưỡng bức, để chỉ đến nguồn gốc của pháo phòng không của phát minh lịch sử của mình nói rằng: "Đây, tôi nói, là một cuộc hôn nhân cưỡng bức buộc chúng ta do những áp lực của các vấn đề quân sự trong Chiến tranh Thế giới II."Ông cũng tiếp tục mô tả nó là "một loại 'hôn nhân cưỡng bức" giữa hai cá tính không tương thích với nhau." và mô tả đặc trưng của sản phẩm này như là liên kết của một "đứa con của cuộc hôn nhân cưỡng bức".

Sản phẩm của "hôn nhân" này, tức là pháo tự động, cũng có thể được coi là một vũ khí robot. Chức năng của nó cần phải xử lý dữ liệu đã được truyền không dây tới cảm biến của nó và đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu nhận được sử dụng máy tính gắn bên trong nó, đầu ra của nó được xác định là vị trí góc và thời gian của cơ chế bắn của nó. Trong mô hình này, chúng ta có thể thấy được tất cả yếu tố của các khái niệm sau này như xử lý dữ liệu, tự động hóa,trí tuệ nhân tạo, điều khiển học, robot, vv

Làm việc trong Nghiên cứu về Điều hướng (Director Studies)
Ngoài ra, Bode còn áp dụng các kỹ năng phong phú của mình với các bộ khuếch đại phản hồi để thiết kế mục tiêu làm mịn dữ liệu và các mạng dự báo vị trí của một mô hình cải tiến của Đièu Hướng T-10, được gọi là Director T-15. Các công việc về Director T-15 được thực hiện dưới một dự án mới tại Bell Labs gọi là Nghiên cứu về Điều hướng cơ bản trong hợp tác với NDRC dưới sự chỉ đạo của Walter McNair.

Nghiên cứu được NDRC tài trợ của ông tại Bell Labs trong bộ phận D-2 (bộ phận Hệ thống điều khiển) giao ước cuối cùng đã dẫn đến các phát triển quan trọng khác trong các lĩnh vực liên quan và đặt nền tảng cho nhiều phát minh ngày nay. Ví dụ, trong lĩnh vực lý thuyết điều khiển, nó hỗ trợ sự phát triển của việc thiết kế và điều khiển động cơ servo, một thành phần rất quan trọng của các robot hiện đại. Sự phát triển của lý thuyết Truyền thông dữ liệu không dây bởi Bode đã dẫn đến những phát minh sau này như điện thoại di động và mạng không dây.

Lý do cho dự án mới là Director T-10 gặp phải khó khăn trong việc tính toán vận tốc mục tiêu bằng cách lấy vi phân vị trí đích. Do gián đoạn, các biến và nhiễu trong tín hiệu radar, đạo hàm vị trí đôi khi dao động dữ dội và điều này gây ra chuyển động thất thường trong cơ cấu servo của súng phòng không vì tín hiệu điều khiển của chúng được dựa trên giá trị của các đạo hàm này. Ngoài ra, Director T-15 chỉ làm việc trong tọa độ Decarter do đó loại trừ được các lỗi do việc chuyển đổi hệ trục tọa độ gây nên. Những đổi mới thiết kế này đã giúp tăng hiệu suất và Director T-15 chính xác gấp 2 lần thiết bị đời trước của nó và nó hội tụ vào mục tiêu nhanh gấp hai lần. thông số kỹ thuật bay của nó gần như hoàn toàn phù hợp các tiêu chuẩn thiết kế mục tiêu của Director T-10, đó là một chiếc máy bay bay thẳng và mức độ với vận tốc không đổi, Ta cũng có thể xem London tại thời điểm của cuộc Oanh tạc, đã trở thành robot chiến trường đầu tiên.

Phối hợp với Shannon
Năm 1945, khi chiến tranh đã kết thúc, NDRC đã phát hành một bản tóm tắt các báo cáo kỹ thuật như là khởi động quá trình đóng cửa. Trong tuyển tập về Điều Khiển Hỏa Lực, một bài luận đặc biệt có tiêu đề Data Smoothing and Prediction in Fire-Control Systems (Làm mượt và Dự đoán Dữ liệu trong các Hệ thống Hỏa Lực), đồng tác giả gồm Ralph Beebe Blackman, Hendrik Bode, và Claude Shannon, chính thức giới thiệu bài toán điều khiển hỏa lực là một trường hợp đặc biệt của truyền dẫn, thao tác và sử dụng trí thông minh,

Các nghiên cứu của ông về thông tin liên lạc điện tử, đặc biệt là về thiết kế bộ lọc và bộ điều chỉnh (equalizer), tiếp tục được tiến hành trong thời gian này. Đỉnh điểm là trong năm 1945, ông đã xuất bản cuốn sách dưới tiêu đề của Phân tích mạng và thiết kế bộ khuếch đại phản hồi, được xem là kinh điển trong lĩnh vực điện tử viễn thông và được sử dụng rộng rãi như một cuốn sách giáo khoa cho nhiều chương trình sau đại học tại các trường đại học khác nhau cũng như các khóa đào tạo nội bộ tại Bell Labs.
Ông cũng là tác giả của nhiều tài liệu nghiên cứu được xuất bản trên các tạp chí khoa học và kỹ thuật uy tín.

Dự đoán các tọa độ là chức năng của Ăng ten hướng xạ T-10, một dạng máy tính điện, được đặt tên như vậy bởi vì nó được sử dụng để điều hướng việc định vị của súng phòng không theo mục tiêu trên không.

Trong suốt thời gian đó, ông đã theo đuổi nghiên cứu về thuật toán ra quyết định quân sự và các kỹ thuật tối ưu hóa dựa trên các quy trình ngẫu nhiên được coi là tiền thân của logic mờ hiện đại.
Ông cũng nghiên cứu những tác động của công nghệ đối với xã hội hiện đại và giảng dạy các khóa học cùng chủ đề tại Hội thảo Khoa học và chính sách công của Harvard, trong khi đồng thời giám sát và giảng dạy sinh viên sau đại học trong khoa Kỹ thuật và Vật lý ứng dụng. Năm 1969, IEEE đã trao tặng ông Huân chương Edison nổi tiếng với "các đóng góp cơ bản cho nghệ thuật truyền thông, tính toán và điều khiển; cho lãnh đạo trong việc đưa khoa học toán học vào những vấn đề kỹ thuật; và vì những hướng dẫn và  lời khuyên sáng tạo trong kỹ thuật hệ thống",

Năm 1979, ông trở thành người đầu tiên nhận được giải thưởng Di sản Điều khiển Richard E. Bellman củaHội đồng điều khiển tự động của Mỹ. Giải thưởng này được trao cho các nhà nghiên cứu với "những đóng góp sự nghiệp xuất sắc cho lý thuyết hoặc các ứng dụng của điều khiển tự động", và "nó là sự công nhận cao nhất về thành tích chuyên môn cho các kỹ sư và nhà khoa học trong hệ thống điều khiển của Mỹ".

Sau khi chết, trong năm 1989, Hội hệ thống điều khiển IEEE thiết lập Giải thưởng bài giảng Hendrik W. Bode để: ghi nhận những đóng góp xuất sắc đối với khoa học và kỹ thuật điều hệ thống điều khiển.

Thành viên của các tổ chức hàn lâm và các ủy ban chính phủ
Ông cũng là một thành viên hoặc viện sĩ trong một số tổ chức/hội khoa học và kỹ thuật như IEEE, Hội Vật lý Mỹ, Hội Toán học Công nghiệp và Ứng dụng, vv và Học viện Mỹ thuật và Khoa học, một Học viện độc lập của Mỹ, đó không phải là một phần của Viện Hàn lâm Quốc gia Hoa Kỳ.

Năm 1957, ông được bầu làm thành viên của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, Bode cũng rất thích chèo thuyền. Thời gian đầu trong sự nghiệp của mình, trong khi làm việc cho Phòng thí nghiệm Bell ở New York, ông hay đi thuyền trên vũng Long Island. được thành lập vào tháng 12/1964, chỉ là Viện hàn lâm Quốc gia Hoa Kỳ thứ hai trong 101 năm kể từ khi khởi đầu viện đầu tiên, và hiện là một phần của Viện Hàn lâm Quốc gia Hoa Kỳ.

Do đó ông đã giúp thăng hoa cuộc tranh luận lâu đời của các kỹ sư so với các nhà khoa học và nâng nó thành một cuộc tranh luận giữa các học giả. Thành tựu tinh tế, nhưng mạnh mẽ mang tính biểu tượng này, tạo nên một phần hấp dẫn của di sản của ông.

Hendrik Wade Bode qua đời ở tuổi 76, tại nhà riêng ở Cambridge, Massachusetts.

Tác phẩm
Phân tích mạng và Thiết kế Bộ khuếch đại phản hồi (1945)
Synergy: Tích hợp kỹ thuật và Đổi mới Công nghệ trong hệ thống Bell (1971)
Phòng tài vụ (Tiểu thuyết) Hendrik W. (Hendrik Wade) Bode và Barbara Bode tạp chí Harper. nợ miệng của Sư tử. trang 326-329, tháng 8 năm 1936

Các công trình nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Bell
H. W. Bode: Một Phương pháp hiệu chỉnh trở kháng Tạp chí kỹ thuật Bell System, v9: 1930
H. W. Bode A General Theory of Electric Wave Filters Bell System Technical Journal, v14: 1935
H. W. Bode and R. L. Dietzold Ideal Wave Filters Bell System Technical Journal, v14: 1935
H. W. Bode Variable Equalizers Bell System Technical Journal, v17: 1938
H. W. Bode Relations Between Attenuation and Phase in Feedback Amplifier Design Bell System Technical Journal, v19: 1940

Bằng sáng chế Mỹ cấp
25 bằng sáng chế đã được Cơ quan Sáng chế Hoa Kỳ cấp cho Bode. Các bằng sáng chế này bao gồm các lĩnh vực như mạng lưới truyền tải dữ liệu, bộ lọc điện tử, bộ khuếch đại, cơ cấu trung bình, mạng làm mịn dữ liệu và các máy tính pháo binh.

Xem thêm
Bode's sensitivity integral

Tham khảo

Tài liệu tham khảo được trích dẫn