Để thiết bị hiệu chỉnh đơn giản ta chọn thỏa mãn điều kiện về thời gian quá độ và trùng với hằng số thời gian nhỏ nào đó của WH (bù được khâu có hằng số thời gian lớn).
2.3.2.2. Tối ưu tham số
Có nhiều phương pháp thiết kế bộ điều khiển, nhưng tất cả các phương pháp đó đều chưa khẳng định được các tham số của bộ điều khiển đó đã đạt đến giá trị đáp ứng điều khiển tối ưu hay chưa. Độ ổn định là một yêu cầu căn bản, nhưng ngồi ra, các hệ thống khác nhau, có những yêu cầu khác nhau, và vài yêu cầu lại mâu thuẫn với nhau. Hơn nữa, vài q trình có một mức độ phi tuyến nào đấy khiến các thông số làm việc tốt ở điều kiện đầy tải sẽ khơng làm việc khi q trình khởi động từ khơng tải. Vì vậy, sau khi tính tốn được tham số bộ điều khiển, dựa vào yêu cầu cụ thể của hệ thống chúng ta cần thiết phải tối ưu hóa tham số bộ điều khiển.
Bộ điều chỉnh PID có biểu thức sau: 𝑢(𝑡) = 𝐾𝑝[𝑒(𝑡) +𝑇1
𝐼∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡 + 𝑇𝐷𝑑𝑒(𝑡)𝑑𝑡 ] (2.21) Bộ điều chỉnh PID số có biểu thức sau:
𝑢(𝑛) = 𝑘𝑝𝑒(𝑛) +𝑘𝑝𝑇𝑠𝑇
𝐼 ∑ 𝑒(𝑘) +𝑘𝑝𝑇𝐷𝑇
𝑆 (𝑦(𝑛) − 𝑦(𝑛 − 1))
𝑛
𝑛=1 (2.22)
phương pháp thích hợp sẽ phụ thuộc phần lớn vào việc có hay khơng vịng lặp có thể điều chỉnh "offline", và đáp ứng thời gian của hệ thống. Nếu hệ thống có thể thực hiện offline, phương pháp điều chỉnh tốt nhất thường bao gồm bắt hệ thống thay đổi đầu vào từng bước, tín hiệu đo lường đầu ra là một hàm thời gian, sử dụng đáp ứng này để xác định các thông số điều khiển.
Một số phương pháp tối ưu hóa tham số bộ điều khiển hay được sử dụng có thể kể đến như: Điều chỉnh thủ cơng, Phương pháp Ziegler–Nichols…
2.3.2.3. Phương pháp tối ưu hóa tham số bộ điều khiển a. Điều chỉnh thủ công
Nếu hệ thống phải duy trì trạng thái online, một phương pháp điều chỉnh là thiết lập giá trị đầu tiên của TI và TD bằng không. Tăng dần KP cho đến khi đầu ra của vòng điều khiển dao động, sau đó KP có thể được đặt tới xấp xỉ một nửa giá trị đó để đạt được đáp ứng "1/4 giá trị suy giảm biên độ". Sau đó tăng TI đến giá trị phù hợp sao cho đủ thời gian xử lý. Tuy nhiên, KI quá lớn sẽ gây mất ổn định. Cuối cùng, tăng TD, nếu cần thiết, cho đến khi vịng điều khiển nhanh có thể chấp nhận được nhanh chóng lấy lại được giá trị đặt sau khi bị nhiễu. Tuy nhiên, TD quá lớn sẽ gây quá điều chỉnh.
Bảng 2-2: Chỉnh định thông số bộ điều chỉnh theo phương pháp thủ công
Tác động của việc tăng một thông số độc lập
Thông số Thời gian khởi động Quá độ Thời gian xác lập Sai số ổn định Độ ổn định
KP Giảm Tăng Thay đổi
nhỏ Giảm Giảm cấp
TI Giảm Tăng Tăng Giảm đáng kể Giảm cấp
TD Giảm ít Giảm ít Giảm ít Về lý thuyết khơng tác động
Cải thiện nếu KD nhỏ
b. Phương pháp Ziegler – Nichols
Giống phương pháp trên, hệ số KI và KD lúc đầu được gán bằng không. Hệ số P được tăng cho đến khi nó tiến tới tới hạn, Ku, ở đầu ra của vòng điều khiển bắt đầu dao động. Ku và thời gian dao động Pu được dùng để gán hệ số như sau:
Bảng 2-3: Chỉnh định thông số bộ điều chỉnh t heo phương pháp Ziegler–Nichols
Dạng điều khiển KP TI TD
P 0.50Ku - -
PI 0.45Ku 1.2KP/Pu -
PID 0.60Ku 2KP/Pu KP.Pu/8
2.3.2.4. Kết luận
Trong Bộ điều khiển PID nghiên cứu, cấu trúc, nguyên lý làm việc, phạm vi ứng dụng và các phương pháp xác định, hiệu chỉnh tham số bộ điều khiển PID theo các phương pháp khác nhau. Dựa vào tính năng, phạm vị ứng dụng , trên cơ sở sánh đặc điểm của đối tượng cần điều khiển, chúng ta sẽ lựa chọn được bộ điều khiển tương ứng là P, PI, PD hay PID phù hợp.Trên cơ sở của yêu cầu chất lượng điều khiển chúng ta sẽ tính tốn được các tham số của bộ điều khiển bằng các phương pháp khác nhau như đã trình bày trong phần 1.4.
Bộ điều khiển PID hiện nay vẫn còn được sử dụng khá rộng rãi để điều khiển đối tượng SISO theo nguyên lý hồi tiếp. Lý do bộ PID được sử dụng rộng rãi là tính đơn giản của nó cả về cấu trúc lẫn nguyên lý làm việc, tin cậy trong điều khiển và đáp ứng được yêu cầu chất lượng điều khiển trong giới hạn nhất định. Tuy nhiên bộ điều khiển PID cũng còn tồn tại nhược điểm là trong quá trình làm việc khi tham số của hệ thống thay đổi hoặc hệ chịu nhiễu tác động thì tính bền vững của hệ khơng được đảm bảo, chất lượng ra bị thay đổi.
Các hệ cần điều khiển trong thực tế chủ yếu là các hệ phi tuyến có chứa các tham số (có thể có tham số khơng biết trước) thay đổi khi làm việc. Ngoài ra trong quá trình làm việc hệ còn chịu nhiễu tác động từ môi trường. Điều khiển các hệ thống nói trên với các chỉ tiêu chất lượng cao các bộ điều khiển PID thơng thường nói chung khơng đáp ứng được.
Để điều khiển các hệ phi tuyến mạnh, hoặc các hệ có phần tử khơng mơ hình hố được, các tham số không biết trước và chịu ảnh hưởng của nhiễu từ môi
trường, thường được thiết kế theo hai hướng: hướng thứ nhất Sử dụng các bộ điều khiển hiện đại như: Điều khiển tối ưu, điều khiển bền vững, điều khiển mờ, điều khiển thích nghi…Hướng thứ 2 là sử dụng các bộ điều khiển lai để tận dụng ưu điểm của các bộ điều khiển như điều khiển thích nghi bền vững, PID mờ…
Trong luận văn tác giả sẽ lựa chọn phương pháp điều khiển PID mờ để xử lý các tồn tại của bộ điều khiển PID.
2.3.3. Thiết kế bộ điều khiển PID trong hệ thống bù cosphi vô cấp cho phụ tải ba pha không đối xứng pha không đối xứng