Điều khiển, giám sát hệ thống mạng PLC điều khiển lò mở lò nhiệt và máy xếp hàng tự động, chương 15 ppt

Chương 15: Chức năng cụ thể của các thành phần trong PID 6.5.1.1 Khâu hiệu chỉnh khuếch đại tỉ lệ(P): Được đưa vào hệ thống nhằm giảm sai số xác lập, với đầu vào thay đổi theo hàm nấc sẽ gây vọt lố cao do đó vò trí sẽ không đúng theo yêu cầu. Đây là bộ điều khiển mà biến đặt tỉ lệ với độ lệch từ điểm đặt bên trong dãy tỉ lệ cho phạm vi vò trí đặt. Khi vò trí hiện tại thấp hơn mức giới hạn thấp nhất của dãy tỉ lệ, biến đặt vào là 100%. Khi vò trí bên trong dãy tỉ lệ, biến đặt giảm dần tỉ lệ với độ lệch và giảm 50%. Khi vò trí hiện tại bằng với điểm đặt và không có độ lệch thì khâu P cho phép điều khiển vò trí phẳng với nhấp nhô nhỏ hơn điều khiển ON – OFF ( điều khiển đóng ngắt). Hình 6.9 Sơ đồ hiệu chỉnh khâu P Điều khiển chia tỉ lệ thời gian : đối với các ngõ ra dang xung ở trạng thái ON – OFF có thể dùng thiết bò ngõ ra của bộ điều khiển vò trí. Những ngõ ra này gồm : relay output, SSR output (Solid state relay output ) và voltage output. Nếu như thiết bò này dùng để lặp trạng thái ON – OFF trong dãi tỉ lệ ở chu kỳ như hình 6.10 thì thời gian Ton ở ngõ ra tỉ lệ với độ lệch. Hình 6.10 : Chu kỳ tỉ lệ Tỉ số từ lúc on đến lúc Off là 1:φ và biến là 50% khi chu kỳ relay ngõ ra là từ On đến Off với vò trí điều khiển bằng điểm đặt. Một cho kỳ ngõ ra từ lúc On đến lúc Off gọi là chu kỳ tỉ lệ(proportional period) và hoạt động điều khiển theo chu kỳ tỉ lệ được gọi là hoạt động chia tỉ lệ thời gian . 6.5.1.2 Khâu điều khiển tích phân I : Khâu I hay khâu tích phân giúp giữ cho hệ thống sau khi đã xác lập đạ trang thái bền. Sư sai lệch hay sa số giữa vò trí đặt và vò trí hiện tại được giảm xuống và có thể loại bỏ hoàn toàn với khâu điều khiển tích phân. Hình 6.11 : Hoạt động của khâu I Nhược điểm của khâu I là khi đưa nó vào mạch sẽ làm tăng vọt lố của hệ thống. 6.5.1.3 Khâu điều khiển vi phân : Tác dụng của khâu D là khi đưa vào hệ thống nó sẽ làm giảm độ vọt lố nhưng đồng thời kéo dài thời gian xác lập. Khâu này được đòi hỏi phải bù đúng với biến đặt tỉ lệ, mức nghiêng của độ lệch được chỉ ra ở hình sau Hình 6.12 : Hoạt động của khâu D Tỉ số thời gian( rate time) : Tỉ số thời gian là số biểu diễn độ dài của quá trình hoạt động. Đây là thời gian đòi hỏi biến đặt của tỉ số hoạt động đạt được giống như biến đặt trong hoạt động hiệu chỉnh khi xảy ra thay đổi độ dốc trong độ lệch như hình 2- 13. Tùy theo tỉ số thời gian dài hơn, vi phân linh hoạt hơn. Hình 6.13 : Tỉ số thời gian hiệu chỉnh PD 6.5.1.4 Khâu điều khiển tích phân tỉ lệ (PI) : Khiến hệ trở thành hệ vô sai.Muốn tăng độ chính xác của hê thống ta phải tăng hệ số khuéch đại. Song đối với hệ thống thực bò hạn chế thì khâu PI là bắt buộc. 6.5.2 Hiệu chỉnh PID : Các bộ hiệu chỉnh PID được ứng dụng nhiều dưói dạng thiết kế điều khiển hay thuật tính hiệu chỉnh bằng phần mềm. Nếu tín hiệu vào là sai số e(t), tín hiệu ra là điện áp điều khiển u(t) thì : u(t) = Kp e(t) + Ti 1  dtte )( +Td dt tde )(  (6.6) Ta có hàm truyền đạt khâu PID : Gc(s)= )( )( sE sU = K(1 + TiS 1 + TdS) = Kp + S Ki +KdS (6.7) Theo nguyên tắc hình thang : Ki  jT dtte 0 )( = 2 KiT    j k kTeTke 1 )}(])1[({ (6.8) Còn phần đạo hàm thì : Kd dt tde )( = T Kd {e[(kT) – e[(k- 1)T]} (6.9) Như vậy : u(kT)=Kpe(kT)+ 2 KiT    j k kTeTke 1 )}(])1[({ + T Kd {e[(kT) – e[(k- 1)T]} (6.10) u[(k-1)T] = Kpe[(k-1)T]+ 2 KiT    j k TkeTke 1 ]})1[(])2[({ + T Kd {e[(k-1)T] – e[(k-2)T]} (6.11) Từ 6.10 và 6.11 ta có : u(kT) - u[(k- 1)T] = Kp[e(k)-e(k-1)]+ 2 KiT [e(k)-e(k-1)] + T Kd [e(k) - e[(k-1)] – e[(k-2)] (2.12) u(kT) - u[(k-1)T]= (Kp + 2 KiT + T Kd )e(k) + ( - Kp + 2 KiT - T Kd2 )e[(k-1)] + T Kd e(k-2) Nếu đặt các hệ số : (6.13) a 0 = Kp + 2 KiT + T Kd (6.14) a 1 = - Kp + 2 KiT - T Kd2 (6.15) a 2 = T Kd (6.16) Thì : u(kT) - u[(k-1)T] = a 0 e(k) + a 1 e(k-1) + a 2 e(k-2) (6.17) Hệ số Thời gian xác lập Vọt lố Sai số xác lập Ki tăng giảm tăng khử Kp tăng tăng giảm Kd tăng tăng giảm . với độ lệch và giảm 50%. Khi vò trí hiện tại bằng với điểm đặt và không có độ lệch thì khâu P cho phép điều khiển vò trí phẳng với nhấp nhô nhỏ hơn điều khiển ON – OFF ( điều khiển đóng ngắt). Hình. chỉnh PD 6.5.1.4 Khâu điều khiển tích phân tỉ lệ (PI) : Khiến hệ trở thành hệ vô sai.Muốn tăng độ chính xác của hê thống ta phải tăng hệ số khuéch đại. Song đối với hệ thống thực bò hạn chế. khâu I là khi đưa nó vào mạch sẽ làm tăng vọt lố của hệ thống. 6.5.1.3 Khâu điều khiển vi phân : Tác dụng của khâu D là khi đưa vào hệ thống nó sẽ làm giảm độ vọt lố nhưng đồng thời kéo dài