CHƯƠNG 5: ĐIỀU CHỈNH BẰNG ĐIỀU KHIỂN PID ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KÍCH THÍCH SỐ
5.4ĐIỀU CHỈNH BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
Các thơng số của bộ điều khiển được xác định với nhiều thơng số của hệ thống kích thích như là hệ số hồi tiếp điện áp và các hằng số thời gian khi khơng tải. Cĩ các thơng số thay đổi khơng chỉ với điều kiện hệ thống cĩ tải mà cịn cĩ các hệ số phụ thuộc vào cấu hình hệ thống như là điện áp đầu vào lực qua PPT đưa đến cấp cho bộ chỉnh lưu cầu như thể hiện trong hình 4. Thí nghiệm một bộ AVR mới cĩ thể là một nhiệm vụ thách thức được đề ra cho việc kiểm tra khả năng làm việc của hệ thống kích thích, khơng cĩ bất kỳ thơng số kiểm tra nào và khơng cĩ cách nào khác ngồi việc kiểm tra trên hoạt động thực tế của thiết bị, ngoại trừ đối với một bảng thơng số khơng đầy đủ của nhà máy chế tạo hoặc một vài bộ thơng số điển hình.
Hình 4: Sơ đồ một sợi
Để điều chỉnh bộ điều khiển số, cĩ hai phương pháp được sử dụng phần lớn, một là phương pháp sắp xếp cực và một phương pháp khác là loại bỏ cực zero gần. Để đơn giản khi thiết kế bộ điều khiển PID, chúng ta chấp nhận TD= 0 trong hình 1.
Mọi bộ điều khiển PID đều chứa 1 cực và 2 zero với bộ lọc thơng thấp trong khi đĩ khối vi phân ta khơng cần quan tâm. Đối với các máy phát chứa các máy kích thích quay, máy chứa 2 cực hồi tiếp hở, một cực nhận được từ từ trường chính máy phát và một cực từ từ trường máy kích thích. Một cực làm cho trễ pha hệ thống trong khi đĩ cực kia cĩ xu hướng tạo ra thành phần sớm pha. Vị trí các cực và các zero liên quan đến các cực từ trường máy kích thích và từ trường máy phát chính xác định việc thực hiện hệ thống điều khiển kích thích.
Quỹ đạo nghiệm được sử dụng để mơ tả cách đáp ứng hệ thống dựa vào các hệ số của hệ thống. Việc sử dụng phương pháp sắp xếp cực (tham khảo hình 5a), các cực của từ trường chính máy phát và từ trường máy kích thích nằm trên trục thực. Cực từ trường chính máy phát nằm gần gốc toạ độ trong khi cực từ trường máy kích thích tiêu biểu xa trục thực mười lần về khoảng cách, khoảng cách này phụ thuộc vào hằng số thời gian của từ trường máy kích thích chống lại từ trường máy phát chính. Hằng số thời gian từ trường máy phát chính nhỏ hơn thì khoảng cách lớn hơn. Bộ điều khiển PID chứa 1 cực và 2 zero.
Hình 5a thể hiện cách di chuyển các cực hồi tiếp kín như là khi tăng hệ số hồi tiếp. Hệ số hồi tiếp K
G, thể hiện tổng các hệ số bao gồm: máy phát, cường hành kích thích của hệ thống kích thích và bộ điều khiển PID. Các zero hồi tiếp hở trở thành các zero hồi tiếp kín và khơng phụ thuộc vào hệ số hồi tiếp. Trên nhánh khác, các cực của hệ thống hồi tiếp kín (kích thích, máy phát, bộ điều khiển) di chuyển tới gần hơn các zero theo hướng chắc chắn như khi tăng hệ số hồi tiếp kín. Hướng các cực hồi tiếp kín phụ thuộc vào việc liên quan giữa vị trí các cực và các zero dựa vào các hằng số thời gian của nĩ. Với các hệ số PID được chấp nhận, từ một hệ số KG hệ thống chắc chắn xác định được các cực hồi tiếp kín. Hai trường hợp của các cực kín trong hình 5a, một cực đối với hệ số hệ thống là 1 và một cực đối với hệ số hệ thống là 0,13. Nĩi chung, các cực gần nhất dùng để xác định toạ độ đáp ứng hệ thống. Khi các cực trở thành cặp đơi, đáp ứng hệ thống sẽ dao động. Cặp đơi nĩi lên tỉ số biên độ giữa giá trị thực của các cực để xác định độ vọt lố điện áp. Giá trị tuyệt đối của cực xác định tần số dao động
Máy phát Bộ điều chỉnh điện áp Máy kích thích Cầu chỉnh lưu SCR Cơng tắc tơ AC Tín hiệu gĩc mở PPT PT CT Từ trường máy kích thích Từ trường máy phát Máy cắt máy phát
điện áp. Đáp ứng điện áp nhanh hơn cĩ thể đạt được bằng việc di chuyển các cực từ gốc toạ độ và đáp ứng dao động nhỏ hơn với tỉ số nhỏ hơn. Xem hình 5b.
(a) Quỹ đạo nghiệm số của các hệ số khác nhau: K
P= 90; K
I= 70; K D= 25
(b) Các đáp ứng bước với các hệ số: K
P= 90; KI= 70; KD= 25
Hình 5: Quỹ đạo nghiệm số và đáp ứng điện áp với hai hệ số hệ thống khác nhau (Kg) 5.5 ẢNH HƯỞNG KHI THAY ĐỔI CÁC THƠNG SỐ PID
Giản đồ sĩng bên dưới thể hiện sự ảnh hưởng khi thay đổi KG từ giá trị 0,1; 0,3; và 1.0. Tất cả các thơng số khác khơng được thay đổi.
Khi thay đổi hằng số thời gian kích thích từ giá trị 0,2sec; 0,6sec và 1.0sec (Xem giản đồ sĩng bên dưới). Tất cả các thơng số khác cịn lại khơng được thay đổi.