Labview là phần mềm lập trình đồ họa rất mạnh mẽ trong mô phỏng và điều khiển thiết bị thực. Trong các học viện, nhà trường đào tạo trình độ đại học và sau đại học khối ngành kỹ thuật đang mở rộng hướng nghiên cứu ứng dụng Labview vào hệ thống giảng dạy và áp dụng cho thiết bị thực. Đây là phần tài liệu hướng dẫn lập trình PID trên Labview cho các hệ thống thực.
Trang 1PHẦN LÝ THUYẾT
Chương 1 Tổng quan về bộ công cụ điều khiển PID
Nội dung của chương này là liệt kê các nội dung của bộ công cụ điều khiển PID, diễn giải cách thức cài đặt chúng, và diễn giải các ứng dụng điều khiển PID
Các nội dung chính.
- Hướng dẫn sử dụng bộ công cụ điều khiển PID
- Phần mềm bao gồm phần điều khiển bằng PID và các VIs mẫu
2 Đưa đĩa có chứa nội dung về bộ công cụ điều khiển PID
3 Làm theo các chỉ dẫn trên màn hình của bạn
Sau khi bạn hoàn thành các chỉ dẫn cài đặt trên màn hình của bạn, bạn có thể sử dụng bộ công cụ này
Các ứng dụng của bộ công cụ điều khiển PID.
Bộ công cụ điều khiển PID bao gồm các hàm mà bạn có thể sử dụng để phát triển các ứng dụng điều khiển LabView
Điều khiển PID.
Ngày nay, thuật toán PID là thuật toán điều khiển được sử dụng phổ biến trong công nghiệp Thông thường người ta sử dụng PID để điều khiển các quá trình có chứa các hệ thống làm nóng và làm lạnh, giám sát mức chất lỏng, điều khiển dòng chảy, điều khiển áp suất Khi điều khiển theo PID, bạn nhất thiết phải xác định được tham biến của quá trình và tham biến cài đặt Tham biến quá trình là các tham số của
hệ thống mà bạn muốn điều khiển, như là nhiệt độ, áp suất, hoặc mức chất lỏng, còn
Trang 2tham số cài đặt là giá trị mong muốn đối với tham số mà bạn đang điều khiển Bộ điều khiển PID sẽ thiết lập giá trị đầu ra, như công suất nhiệt hoặc vị trí mở của van
Bộ điều khiển sẽ tác động đến hệ thống thông qua giá trị đầu ra và làm cho tham biến quá trình bám theo giá trị cài đặt
Bạn có thể sử dụng bộ công cụ điều khiển PID kết hợp với các phần cứng của hãng NI để phát triển các ứng dụng điều khiển LabView Sử dụng phần cứng vào ra (I/O), như các thiết bị DAQ, các mô dun vào ra FieldPoint, hoặc bo mạch GPIB để kết nối máy tính của bạn vào hệ thống mà bạn muốn điều khiển Bạn cũng có thể sử dụng các thiết bị ảo vào ra (I/O Vis) mà môi trường LabView cung cấp kết hợp với
bộ công cụ điều khiển PID để phát triển một ứng dụng điều khiển hoặc sửa đổi các
ví dụ mà bộ công cụ cung cấp
Sử dụng các thiết bị ảo được diễn tả trong phần điều khiển PID của hướng dẫn này, bạn có thể phát triển các ứng dụng điều khiển cơ bản dựa vào bộ điều khiển PID:
- Các thuật toán tỉ lệ (P), tỷ lệ-tích phân(PI); tỷ lệ-vi phân(PD); và tỷ lệ-tích phân-vi phân(PID)
- Lập biểu cho hệ số khuếch đại của PID
- Tự động điều chỉnh tham số PID
- Sai số quân phương PID
- Vượt trước, chậm sau
- Tạo hồ sơ cài đặt
- Điều khiển dự báo
- Điều khiển max-min
- Điều khiển tỷ lệ/đường chéo
Bạn cũng có thể kết hợp những thiết bị ảo điều khiển kiểu PID với các hàm toán toán học và logic của LabView để xây dựng các sơ đồ khối để vạch ra một kế hoạch điều khiển thực tế Các thiết bị ảo PID sử dụng các hàm LabView và thư viện các thiết bị ảo mà không cần đến CINs để thực hiện thuật toán Bạn có thể sửa đổi các VIs cho các ứng dụng trong LabView mà không cần viết bất kỳ một đoạn mã text nào
Phần hướng dẫn này trình bày về điều khiển PID của bộ công cụ điều khiển PID
Chương 1: Thuật toán PID, giới thiệu các thuật toán mà các VIs sử dụng
Chương 3: Sử dụng phần mềm PID, dẫn giải cách thức sử dụng các VIs PIDChương 4: Các ví dụ điều khiển quá trình, cung cấp các ví dụ về các ứng dụng khác nhau về điều khiển PID
Chương 2 Các thuật toán PID
Trang 3Chương này giải thích về PID, các ưu điểm của PID và thuật toán tự động tính toán tham số PID.
Thuật toán PID.
Bộ điều khiển PID so sánh giá trị đặt (SP) với giá trị cần xử lý (PV) để tìm ra
ở đây K clà hệ số khuếch đại của bộ điều khiển
Nếu sai số và đầu ra có cùng một dải từ -100% đến 100%, thì hệ số khuếch đại của bộ điều khiển sẽ có miền giá trị tương ứng Ti là hằng số thời gian tích phân tính bằng phút, hay còn gọi là thời gian hoàn nguyên, còn Td là hằng số thời gian vi phân cũng được tính bằng phút, còn được gọi là thời gian tăng trưởng Công thức sau biễu diễn tác động tỉ lệ :
Thực hiện thuật toán PID kết hợp với các PID VIs.
Phần này diễn tả cách thức mà các PID VIs thực hiện thuật toán PID Các VIs con được sử dụng trong các VIs này được đặt tên sao cho bạn có thể sửa đổi các đặc trưng của nó khi cần thiết
Trang 41 2
k c I
i i
e i e i K
Đầu ra của bộ điều khiển:
Đầu ra của bộ điều khiển là tổng các tác động tỷ lệ, vi phân tích phân, công thức như sau;
( ) P( ) I ( ) D( )
u k =u k +u k +u k
Giới hạn đầu ra:
Giá trị đầu ra trên thực tế bị giới hạn trong 1 dải được xác định cho đầu ra điều khiển:
nếu u k( ) ≥umaxthì u k( ) =umax
và nếu u k( ) ≤uminthì u k( ) =umin
Công thức sau đây là mô hình thực tế của bộ điều khiển PID:
Trang 5Các PID VIs sử dụng một thuật toán hiệu chỉnh tổng tích phân để chống lại hiện tượng nhảy vọt đầu ra khi chuyển chế độ từ bằng tay sang tự động Hiện tượng vọt lố xảy ra ở cận trên của giá trị đầu ra bộ điều khiển, ví dụ, 100% Khi sai số giảm, giá trị đầu ra cũng giảm và rơi khỏi vùng windup Thuật toán hiệu chỉnh tổng tích phân tránh cho đầu ra của bộ điều khiển không thay đổi đột ngột khi bạn chuyển chế độ từ bằng tay sang tự động hoặc thay đổi bất kỳ một tham số nào khác.
Dải mặc định của các tham số SP, PV và đầu ra tương ứng với giá trị phần trăm, tuy nhiên bạn có thể sử dụng hệ đơn vị kỹ sư thông dụng Khi đó bạn có thể điều chỉnh lại cho phù hợp Các tham số T i và T d được tính bằng phút Ở chế độ bằng tay, bạn có thể thay đổi giá trị đầu vào để tăng hoặc giảm đầu ra
Bạn có thể gọi các PID VIs này từ trong vòng lặp while với một chu kỳ cố định Tất cả các VIs điều khiển kiểu PID đều là hàm toán gần đúng Việc gọi nhiều lần các VIs có mức cao đều sử dụng dữ liệu riêng biệt hoặc phân biệt với nhau
Chú ý: Thường thì giá trị PV được điều khiển bằng tay cho đến khi nào nó gặp hoặc tiệm cận được với giá trị đặt trước khi bạn chuyển sang điều khiển ở chế độ tự động
Lập biểu hệ số khuếch đại
Hệ số khuếch đại liên quan đến hệ thống nơi mà bạn thay đổi các tham số của
bộ điều khiển cơ bản dựa trên các điều kiện vận hành đã được đo đạc Ví dụ, các biến sô được lập biểu có thể là điểm cài đặt, giá trị đang được xử lý, đầu ra của bộ điều khiển, hoặc một tín hiệu từ bên ngoài Vì một số nguyên nhân có tính lịch sử, thuật ngữ lập biểu cho hệ số khuếch đại được sử dụng dù là các tham số khác như hằng số vi phân hoặc tích phân thay đổi Việc lập biểu cho hệ số khuếch đại điều khiển một hệ thống có những thay đổi động kèm theo các điều kiện vận hành
Với các điều khiển PID, bạn có thể thiết lập không hạn chế các tham số PID cho việc lập biểu hệ số khuếch đại Với mỗi một kế hoạch, bạn có thể chạy chức năng tự động do tìm để cập nhật các tham số PID
Thuật toán PID tiên tiến
Trang 6Ở đây SP rangelà dải của giá trị đặt, βlà hệ số của giá trị cài đặt cho cấp hai của
thuật toán PID tự do được miêu tả trong phần Tác động tỉ lệ của chương này, còn L
là hệ số tuyến tính, nó tạo ra một thuật ngữ gọi là độ lợi phi tuyến mà ở đó hệ số khuếch đại của bộ điều khiển tăng theo biên độ của sai số Nếu L bằng 1, bộ điều khiển là tuyến tính Còn nếu bằng 0,1, độ lợi có giá trị cực tiểu bằng 10%K c Sử dụng thuật ngữ độ lợi phi tuyến xin tham khảo ở phần Thuật toán PID sai số quân phương
SP mà không ảnh hưởng gì đến đáp ứng của nhiễu loạn tải Bằng trực giác có thể thấy βlà một chỉ số quan trọng của đáp ứng SP, nó có giá trị từ 0 đến 1 Ví dụ, nếu
bạn coi đáp ứng tải , thì đặt β bằng 0,0 Ngược lại, nếu bạn muốn giá trị được
xử lý theo nhanh hơn sự thay đổi của SP, thì cho β bằng 1,0.
( )2 1
1
k c I
i i
range
e i e i K
Trang 7Thuật toán tự tính toán các tham số PID
Việc sử dụng thuật toán tự tính toán(autotuning-AT) làm tăng hiệu quả Thường thì nhiều bộ điều khiển tính toán rất tồi Kết quả là một vài bộ điều khiển tác động thái quá, số khác thì quá yếu Các bộ điều khiển PID gặp khó khăn trong việc tính toán khi mà bạn không biết gì về động học hoặc nhiễu loạn của quá trình Trong trường hợp đó, bạn sử dụng chức năng AT Trước khi bạn bắt đầu sử dụng
AT, bạn phải thiết lập một bộ điều khiển ổn định, nếu không bạn không thể tính đúng được các tham số cho bộ điều khiển của mình được
Hình 2-2 minh hoạ thủ tục tự tính tham số được tiến hành bằng cách thử nghiệm thay đổi dạng rơle điểm đặt, nó nối một rơ le và một tín hiệu phản hồi bổ sung với điểm đặt Chú ý rằng VI AT PID thực hiện trực tiếp quá trình này Bộ điều khiển hiện hành vẫn nằm trong vòng lặp
Đối với phần lớn các hệ thống, đặc trưng phi tuyến kiểu rơ le tạo ra một chu kỳ giới hạn, qua đó thuật toán AT xác định thông tin liên quan cần thiết cho việc tính toán PID Nếu bộ điều khiển hiện hành chỉ có kiểu P, thuật toán AT sẽ xác định tiếp hai tham số K uvà khoảng thời gian cuối T u Nếu mô hình hiện có là dạng PI hoặc PID, thuật toán AT sẽ xác định thời gian trễ τ và hằng số thời gian T P, chúng là hai tham số trong mô hình thời gian trễ-cộng-tích phân
Trang 8Chú ý: Trong quá trình tính toán, quá trình điều khiển phải là vòng điều khiển PID kín Bạn không nên tắt bộ điều khiển đang có và thực hiện thử nghiệm trong điều kiện mạch vòng hở Khi thử nghiệm đầu vào rơ le, tín hiệu SP có biên độ đối xứng cấp cho bộ điều khiển PID.
Trang 9Chương 3 Sử dụng phần mềm PID
Chương này cung cấp thông tin cơ bản mà bạn cần có để bắt đầu sử dụng VI PID điều khiển
Xây dựng chiến lược điều khiển
Khi bạn xây dựng một chiến lược điều khiển, hãy phác thảo một lưu đồ bao gồm quá trình vật lý và các yếu tố điều khiển như các van và các kích thước Bổ sung thông tin phản hồi từ quá trình vật lý và bất kỳ phép tính được yêu cầu Sau đó
sử dụng VI điều khiểns trong bộ công cụ này (được kết hợp với VIs toán và lôgic và các hàm trong LabView ) để chuyển lưu đồ sang sơ đồ khối Hình 3-1 là một ví dụ
về lưu đồ điều khiển và sơ đồ khối LabView tương đương Các yếu tố duy nhất không có trong VI được đơn giản hóa này là các thông số điều chỉnh vòng lặp và chuyển mạch từ tự động sang bằng tay
Bạn có thể sử dụng đầu vào và đầu ra thông qua các thiết bị DAQ, các môđun đầu ra/đầu vào FieldPoint, các thiết bị GPIB hoặc các cổng đầu ra/đầu vào nối tiếp Bạn có thể điều chỉnh tỉ lệ kiểm soát vòng theo thời gian thật Các tỉ lệ kiểm soát vòng điện thế bị hạn chế do phần cứng máy tính của bạn và mức độ phức tạp của các hình hoạ và con số của VIs
Thiết lập thời gian.
Các VIs PID và Lead-Lag trong bộ công cụ này đều phụ thuộc vào thời gian Một VI có thể yêu cầu thông tin về thời gian từ một giá trị bạn cung cấp cho việc điều khiển vòng thời gian, dt, hoặc từ một bộ giữ nhịp như giống như các bộ giữ nhịp được lắp ráp trong VI PIDs Nếu dt nhỏ hơn hoặc bằng 0, VI tính toán thông tin thời gian mới mỗi khi LabView gọi cho nó Trong mỗi lần gọi, VI đo thời gian tính
từ lần gọi gần đây nhất và sử dụng sự chênh lệch đó trong các phép toán Nếu bạn gọi một VI từ While Loop có sử dụng một trong các VI thời gian của LabView được đặt trong palét Time & Dialogue, bạn có thể có được thời gian tương đối đều đặn, và
Trang 10bộ giữ nhịp nội sẽ bù vào các biến số Tuy nhiên, Windows 2000 chỉ giải được các hàm Tick Count (ms) đến 1ms Vì thế bạn đừng cố gắng chạy VI PIDs nhanh hơn 5 hoặc 10 Hz khi dt nhỏ hơn hoặc bằng 0 Hãy tham khảo tập tin LVREADME.WRI
để có thêm thông tin về việc tăng độ phân giải thời gian của bạn
Nếu dt là một giá trị dương tính theo giây, VI sử dụng giá trị đó trong các phép tính, bất kể thời gian đã trôi qua Sử dụng phương pháp này cho các vòng lặp nhanh, chẳng hạn như khi bạn sử dụng phần cứng thu thập dữ liệu để đo thời gian đầu vào của bộ điều khiển Hãy tham khảo Demo-HW Timed VI PID trong thư viện các loại mẫu prctlex.llb để xem ví dụ về việc sử dụng định thời gian phần cứng với VIs kết hợp giữa PID và DAQ Trong ví dụ này, LabView lấy mẫu một đầu vào tương tự tại các khoảng thời gian chính xác, đổi thông số tỉ lệ quét thực từ AI Start VI và mắc nối tỉ lệ quét thực thành đầu vào dt
Theo lý thuyết điều khiển, một hệ thống điều khiển phải lấy mẫu một quá trình vật lý ở mức nhanh hơn khoảng 10 lần so với hằng số thời gian nhanh nhất trong quá trình vật lý Ví dụ, một hằng số thời gian 60 giây là hằng số thường gặp cho vòng điều khiển nhiệt độ của một hệ thống nhỏ Trong trường hợp này, một thời gian của chu trình khoảng 6 giây là đủ Chu kỳ lặp nhanh hơn sẽ chẳng cải thiện được gì Thật sự, việc chạy tất cả các VIs điều khiển của bạn quá nhanh sẽ làm chậm các đáp ứng thời gian của các ứng dụng LabView của bạn
Tất cả các VI trong một vòng lặp đều thực hiện một lần một vòng lặp ở cùng một chu kỳ thời gian Để chạy một vài VI điều khiển ở các chu kỳ thời gian khác nhau và vẫn chia sẻ dữ liệu giữa chúng, chẳng hạn như trong một tầng xếp, bạn phải tách các VI thành các Vòng lặp While có thời gian độc lập Hình 3-2 cho thấy một ví
dụ về một tầng xếp với hai Vòng lặp While được định thời gian độc lập
Một biến toàn cục chuyển đầu ra của Vòng lặp A đến đầu vào PV của Vòng lặp
B Bạn có thể đặt cả hai vòng lặp While trên cùng một sơ đồ Trong trường hợp này,
Trang 11chúng là hai VI tách biệt Sử dụng các thông số bổ sung chung và cục bộ để chuyển bất kỳ dữ liệu cần thiết nào giữa hai vòng lặp While.
Nếu mặt điều khiển không có các hình họa mà LabView phải cập nhật thường xuyên, VI PID điều khiển có thể thực hiện ở mức KHz Hãy nhớ rằng các thao tác khác như tác động của chuột và cuộn cửa sổ cũng can thiệp đến các mức này
Điều chỉnh các bộ điều khiển bằng tay
Quá trình điều chỉnh các bộ điều khiển sau đây được dựa trên công trình của Ziegler và Nichols, những người phát triển các kỹ thuật điều chỉnh Quarter-Decay Ratio là sự kết hợp giữa lý thuyết và quan sát theo kinh nghiệm Làm thí nghiệm với các kỹ thuật này và với một trong các VI mô phỏng điều khiển quá trình để so sánh chúng Với các quy trình khác nhau, phương pháp này có thể dễ hơn hoặc chính xác hơn phương pháp kia Ví dụ, một số kỹ thuật hoạt động tốt nhất khi được sử dụng với các bộ điều khiển trực tuyến lại không thể vượt qua được các loại nhiễu được
mô tả ở đây
Để thực hiện các lần kiểm tra với LabView, hãy lập chiến lược điều khiển với
PV, SP, và với đầu ra được hiển thị trên một sơ đồ trải lớn với các trục biểu thị các giá trị ứng với thời gian Tham khảo các mục Quy trình điều chỉnh vòng kín (ultimate gain) và Quy trình điều chỉnh vòng hở (kiểm tra theo bước) ở chương này
để biết thêm chi tiết
Quy trình điều chỉnh vòng kín
Mặc dù quy trình điều chỉnh vòng kín rất chính xác, bạn vẫn phải đưa quá trình
xử lý vào dao động trạng thái liên tục và quan sát PV trên sơ đồ trải Hoàn thành các bước sau để thực hiện quy trình điều chỉnh vòng kín
1 Đặt thời gian phát sinh và thời gian tích hợp đầy đủ ở mức 0 trên bộ điều khiển PID
2 Với bộ điều khiển ở trạng thái tự động, từ từ tăng dần Kc theo các số gia nhỏ Bạn hãy thay đổi SP một ít để gây nhiễu vòng lặp sau mỗi số gia Khi bạn tăng
Kc, giá trị của PV sẽ bắt đầu dao động Tiếp tục tăng cho đến khi dao động được duy trì ở trạng thái tăng lên hoặc giảm dần theo thời gian
3 Lưu lại dải tỷ lệ PBu theo tỉ lệ phần trăm, ở đây PBu= 100/ Kc
4 Lưu lại thời gian dao động (Tu) tính bằng phút
5 Nhân các giá trị đo được với các yếu tố được đưa ra ở Bảng 3-1 và nhập các thông số điều chỉnh mới vào bộ điều khiển Bảng 3-1 cung cấp các giá trị thích hợp cho mức suy giảm phần tư
Trang 12Nếu bạn muốn có mức độ tăng vọt thấp hơn, hãy tăng Kc
Bảng 3-1 Các giá trị mức suy giảm phần tư của vòng kín
Ghi chú: Hệ số tỷ lệ (Kc) liên quan đến dải tỷ lệ (PB) khi Kc=100/PB
Quy trình điều chỉnh vòng hở (kiểm tra theo bước)
Quy trình điều chỉnh vòng hở (kiểm tra theo bước) giả thiết rằng bạn có thể mô hình hóa mọi quá trình như quán tính thời gian bậc một và thời gian chết của hệ( hay còn gọi là khe xung : khoảng thời gian mà hệ thống không điều khiển được đầu ra – hiểu theo ý người dịch) thuần tuý Phương pháp này đòi hỏi phân tích nhiều hơn so với quy trình điều chỉnh vòng kín, nhưng không cần phải đạt tới dao động kéo dài
Vì vậy, Quy trình điều chỉnh vòng hở có thể nhanh hơn và độ tin cậy cao hơn so với các quy trình khác Quan sát đầu ra và PV trên sơ đồ trải biểu thị thời gian trên trục
x Hãy hoàn thành các bước sau để thực hiện Quy trình điều chỉnh vòng hở
1 Để bộ điều khiển ở chế độ điều khiển bằng tay, đặt đầu ra ở giá trị hoạt động bình thường, và cho phép PV ổn định hoàn toàn Lưu PV và các giá trị đầu ra
2 Thực hiện thay đổi theo bước trong dữ liệu đầu ra Lưu giá trị đầu ra mới
3 Chờ cho PV ổn định Từ biểu đồ, hãy xác định các giá trị như đã có từ
ví dụ mẫu ở Hình 3-3
Các biến số biểu thị các giá trị sau:
•T d – thời gian chết tính theo phút
•T – Thời gian không đổi tính theo phút
•K –Độ lợi của quá trình =change in outputchange in PV
Trang 134 Nhân các giá trị đo được với các yếu tố trong Bảng 3-2 và nhập các thông số điều chỉnh mới vào bộ điều khiển Bảng 3-2 cung cấp các giá trị thích hợp cho tỉ lệ giảm theo khắc Nếu bạn muốn có tăng vọt ít hơn, hãy giảm Kc.
Sử dụng VI PIDs
Mặc dù có một số biến thể của VI PID, nhưng tất cả đều sử dụng các thuật toán
được mô tả ở Chương 2, Thuật toán PID VI PID thực hiện các thuật toán PID cơ
bản Các biến thể khác cung cấp chức năng bổ sung được mô tả trong các phần sau Bạn có thể sử dụng các VI này thay đổi nhau vì tất cả đều sử dụng đầu vào và đầu ra thích hợp khi có thể
Trang 14trị được xác định theo tỉ lệ phần trăm Tuy nhiên, bạn có thể thay đổi phạm vi này cho phù hợp với hệ thống điều khiển của mình, để độ lợi liên kết các đơn vị đo lường kỹ thuật với nhau thay vì các tỉ lệ phần trăm với nhau VI PID bắt buộc đầu ra
bộ điều khiển phải theo một tỉ lệ xác định Ngoài ra, VI PID thực hiện chống dao động đầu ra tích phân khi đầu ra bộ điều khiển bão hòa ở giá trị tối thiểu hoặc tối đa
đã được xác định Xem Chương 2 để biết thêm chi tiết về chống dao động đầu ra.Bạn có thể sử dụng dt để xác định thời gian chu kỳ vòng lặp điều khiển giá trị mặc định là -1, vì tế theo mặc định VI PID sử dụng đồng hồ hệ thống hoạt động để thực hiện các phép tính có liên quan đến thời gian chu ký vòng lặp Nếu thời gian chu kỳ vòng lặp đã được đặt sẵn, bạn có thể cung cấp đầu vào này cho VI PID Lưu
ý rằng đồng hồ hệ thống hoạt động có độ phân giải là 1ms, vì thế, hãy xác định một giá trị dt một cách rõ ràng nếu thời gian chu kỳ vòng lặp nhỏ hơn 1ms
VI PID sẽ bắt đầu tất cả các trạng thái bên trong trong lần gọi đầu tiên cho VI Tất cả các lần gọi sau đó cho VI đều sẽ sử dụng thông tin trạng thái từ các lần gọi trước Tuy nhiên, nếu bạn khởi động lại VI PID ở bất cứ thời điểm nào bằng cách
chuyển một giá trị TRUE sang giá trị đầu vào tái khởi tạo đâu vào Sử dụng chức
năng này nếu ứng dụng của bạn phải dừng và khởi động lại vòng lặp điều khiển mà không cần phải khởi động lại toàn bộ ứng dụng
VI PID cải tiến
VI PID cải tiến có đầu vào giống như VI PID, nhưng có bổ sung thêm đầu vào như dải điểm cài, beta, tính tuyến tính, điều khiển tự động, bằng tay Bạn có thể xác định dải điểm cài bằng cách sử dụng đầu vào dải điểm cài, đầu vào này cũng thiết lập dải cho biến số xử lý Dải điểm cài mặc định là từ 0 đến 100, tương ứng với các giá trị được xác định theo tỉ lệ phần trăm Tuy nhiên, bạn có thể thay đổi phạm vi này cho phù hợp với hệ thông điều khiển của mình, sao cho độ lợi liên kết các đơn
vị đo lường kỹ thuật với nhau thay vì các tỉ lệ phần trăm với nhau PID cải tiến VI
sử dụng dải điểm cài trong phép tính hoạt động tích hợp phi tuyến tính và trong phép tính lỗi phi tuyến tính với đầu vào tuyến tính VI sử dụng đầu vào beta trong Two Degree của Thuật toán tự do, vào đầu vào tuyến tính trong phép tính độ lợi phi tuyến Xem chương 2 để biết thêm thông tin về các phép tính này
Bạn có thể sử dụng các đầu vào auto? và manual control để chuyển đổi giữa hai chế độ điều khiển bằng tay và tự động Giá trị mặc định cho auto? Là TRUE, có nghĩa là VI sử dụng thuật toán PID để tính đầu ra của bộ điều khiển Bạn có thể thực hiện điều khiển bằng tay bằng cách thay đổi giá trị auto? Thành FALSE để VI chuyển giá trị manual control đến đầu ra
Chuyển đổi từ chế độ tự động và chế độ điều khiển bằng tay một cách thông suốt
Trang 15VI PID cải tiến thực hiện chuyển đổi từ chế độ điều khiển bằng tay và chế độ tự động, bảo đảm đầu ra của bộ điều khiển được thông suốt trong suốt quá trình chuyển đổi từ điều khiển bằng tay sang tự động Tuy nhiên, VI PID cải tiến không thể thực hiện chuyển đổi từ tự động sang điều khiển bằng tay một cách thông suốt Để bảo đảm việc chuyển đổi được thực hiện một cách thông suốt, bạn phải thiết kế một trình ứng dụng sao cho giá trị đầu ra của điều khiển bằng tay khớp với giá trị đầu ra của
bộ điều khiển tại thời điểm chế độ điều khiển đang được chuyển từ tự động sang bằng tay Bạn có thể làm được điều này bằng cách sử dụng một biến số nội tại cho điều khiển bằng tay như ở Hình 3-4
Điều khiển PID nhiều vòng lặp
Hầu hết các VI PID điều khiển đều là các VI nhiều hình thái dùng cho các ứng dụng điều khiển nhiều vòng lặp Chẳng hạn, bạn có thể thiết kế một ứng dụng điều khiển PID nhiều vòng lặp, sử dụng các hàm số VI PID và DAQ cho đầu vào và đầu
ra Một hàm đầu vào tương tự DAQ cho ra một dãy dữ liệu khi bạn định cấu hình cho nó là đa kênh Bạn có thể xâu chuỗi dãy dữ liệu này thành đầu vào biến số xử lý cho VI PID Dạng đa hình thái của VI PID tự động chuyển từ DBL sang Dãy DBL Dãy này tính toán và cho ra dãy giá trị đầu ra tương ứng với số lượng các giá trị trong dãy biến số xử lý Lưu ý rằng chuyển đổi dạng đa hình thái VI điều khiển bằng tay bằng cách nhấp chuột phải vào biểu tượng VI và chọn Select Type trên menu tắt.Khi dạng đa trạng thái được đặt ở Dãy DBL, các đầu vào khác sẽ tự động chuyển đổi thành đầu vào dạng dãy Ví dụ, các loại đầu vào VI PID … đều sẽ trở thành đầu vào dạng dãy Mỗi loại đầu vào này có thể có độ dài dãy từ bằng 1 đến bằng chiều dài của đầu vào biến số xử lý Nếu chiều dài dãy của bất kỳ đầu vào nào trong số các đầu vào này nhỏ hơn chiều dài dãy của đầu vào biến số xử lý, VI PID sẽ
sử dụng lại giá trị cuối cùng trong dãy cho các phép tính khác Ví dụ, nếu bạn xác định chỉ một bộ độ lợi PID trong dãy độ lợi PID, VI PID sẽ sử dụng các độ lợi này
để tính mỗi giá trị đầu ra tương ứng với mỗi giá trị đầu vào biến số xử lý Các VI đa hình thái khác trong Bộ công cụ điều khiển PID cũng hoạt động tương tự như vậy
Trang 16Khởi tạo điểm cài tăng dần.
(Giải thích thêm: thường thì trong các hệ thống điều khiển, giá trị ban đầu của điểm cài đặt khác không, và có khi có một giá trị lớn Nếu hệ thống khởi động ngay
từ đầu với tham số này, hệ thống sẽ nhận được một giá trị ra rất lớn Để tránh trường hợp này, các bộ PID về sau có thêm khả năng Điểm cài Ramp, nghĩa là chúng tự tăng dần Điểm cài cho đến khi gặp giá trị cần thiết)
VI mô tả sơ lược điểm cài PID có trên palét PID có thể tạo ra một mô tả các giá trị điểm cài theo thời gian cho ứng dụng PID dạng “lên dốc và ngâm” Chẳng hạn như, có thể bạn muốn tăng dần điểm cài nhiệt độ của một hệ thống điều khiển lò vi sóng bằng thời gian, và sau đó giữ, hoặc ngâm điểm cài ở một nhiệt độ nhất định cho một khoảng thời gian khác Bạn có thể sử dụng VI Điểm cài Profile PID để thực hiện việc kết hợp ngẫu nhiên các chức năng tăng dần, giữ và tăng theo nấc
Việc xác định mô tả sơ lược điểm cài ở dạng dãy các cặp gồm thời gian
và các giá trị điểm cài cùng với các giá trị thời gian theo thứ tự tăng dần Ví dụ, một
mô tả điểm cài tăng dần có thể được xác định với hai giá trị dãy mô tả điểm cài như