Chương 2 ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU VÀ NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN PID CHO ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
2.3.2. Sơ đồ điều khiển PID
Điều khiển PID (Propotional – Integral – Derivative) là phép hiệu chỉnh gồm 3 khâu: tỷ lệ, tích phân và vi phân. Trong miền thời gian, bộ điều khiển PID được mô tả bằng phương trình sau: 0 t P I D de t U t K e t K e t dt K dt (2.28)
Với KP, KI, KDtương ứng là các hệ số tỷ lệ, hệ số tích phân, hệ số vi phân. Biến đổi Laplace phương trình (2.28) ta có:
( ) I
PID P D
K
W s K K s
s (2.29)
Điều khiển tỷ lệ P với hệ số KP có tác dụng làm giảm thời gian đáp ứng quá độ của hệ thống và giảm độ lệch tĩnh so với điểm đặt nhưng không thể loại trừ. Đáp ứng của thành phần tỷ lệ được điều chỉnh bằng cách nhân hệ số tỷ lệ KP với sai lệch hiện tại giữa điểm đặt và giá trị ở đầu ra bộ điều khiển. Nếu hệ số tỷ lệ KP quá lớn sẽ làm hệ thống trở nên mất ổn định, thậm chí không thể đạt đến được trạng thái xác lập. Ngược lại, nếu hệ số KP quá nhỏ thì hệ thống sẽ phản ứng chậm với sự sai lệch giữa điểm đặt và đầu ra hệ thống. Hình 2.8 minh họa tác dụng của điều khiển P với các KP khác nhau.
Hình 2.8. Minh họa tác dụng của điều khiển P
Điều khiển tích phân I với hệ số KI cho phép loại trự độ lệch tĩnh tồn tại trong thành phần điều khiển P, đưa giá trị điều khiển đến gần với giá trị điểm đặt, nhưng làm cho đáp ứng quá độ xấu đi khi tăng quá KI, thường gây ra hiện tượng quá điều chỉnh. Thành phần điều khiển I được tính bằng cách nhân hệ số KI với tổng tất cả các độ lệch từ khi bắt đầu thực hiện điều khiển. Tác dụng của điều khiển tích phân I với các hệ số
KI khác nhau được minh họa bằng hình 2.9.
Hình 2.9. Minh họa tác dụng của điều khiển I
Điều khiển vi phân D với hệ số KD làm tăng tính ổn định của hệ thống và cải thiện đáp ứng quá độ, hạn chế được hiện tượng quá điều chỉnh do điều khiển I gây ra. Thành phần điều khiển D được tính bằng cách nhân hệ số KD với khác biệt giữa các sai lệch trong hai lần điều chỉnh. Tuy nhiên, trong quá trình điều chỉnh, sự sai lệch trong hai lần điều chỉnh có thể là nhỏ vì vậy thành phần điều khiển D khá nhạy với các nhiễu tác động lên hệ thống. Tác dụng của điều khiển tích phân D với các hệ số KD khác nhau được minh họa bằng hình 2.10
Hình 2.10. Minh họa tác dụng của điều khiển D
Sơ đồ của một bộ điều khiển PID có dạng như hình 2.11 sau:
Hình 2.11. Sơ đồ bộ điều khiển PID
Tùy thuộc vào hàm truyền của đối tượng điều khiển WO mà ta có các hàm truyền của toàn bộ hệ kín khác nhau.