3. CÂU HỎI CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN:
5.3 Thiết kế bộ điều khiển PID bằng phương pháp Ziegler-Nichols
Để xác định được các thông số của bộ điều khiển PID thì có nhiều phương pháp nhưng phương pháp đơn giản nhất và thường được sử dụng nhiều trong công nghiệp đó là phương pháp Ziegler – Nichol. Vì phương pháp thiết kế đơn giản nên sai số sẽ khá cao.
Phương pháp Ziegler – Nichol là phương pháp thực nghiệm để thiết kế bộ điều khiển P, PI hoặc PID bằng cách dựa vào đáp ứng quá độ của đối tượng điều khiển.
Tùy thuộc vào đặc điểm của đối tượng mà Ziegler – Nichol đưa ra hai cách khác nhau để chọn thông số bộ điều khiển PID.
Cách 1: Dựa vào đáp ứng quá độ của hệ hở, áp dụng cho các đối tượng có đáp ứng đối với tín hiệu vào là hàm nấc có dạng chữ S như: lò nhiệt, tốc độ động cơ,…Với cách này ta phải xác định gần đúng các giá trị: T, L, K của điều khiển vòng hở đối tượng.
Bảng 5.1: Các thông số của bộ điều khiển PID được xác định theo cách 1 Thông số
Bộ điều khiển KP TI TD
P T/L ∞ 0
PI 0,9.T/L L/0,3 0
PID 1,2.T/L 2L L/2
Cách 2: Dựa vào đáp ứng của hệ kín, áp dụng cho các đối tượng có khâu tích
phân lý tưởng như: mực chất lỏng trong bồn chứa, vị trí hệ truyền động dùng động cơ,… Với cách 2 điều quan trọng là phải xác định được Kgh và Tgh của điều khiển vòng kín đối tượng.
Bảng 5.2: Các thông số của bộ điều khiển PID được xác định theo cách 2 Thông số
Bộ điều khiển KP TI TD
P 0,5Kgh ∞ 0
PI 0,45Kgh 0,83Tgh 0
Với đối tượng lò nhiệt thì ta sẽ sử dụng cách 1 để xác định các thông số cho bộ điều khiển PID, với các thông số điều khiển vòng hở đã xác định được ở trên (T = 699 (s), L = 84 (s), K = 280.5 0C) ta tính được các hệ số như sau:
Bảng 5.3: Các thông số bộ điều khiển PID của lò nhiệt dùng trong luận văn Thông số
Bộ điều khiển KP TI TD
P 8,32 ∞ 0
PI 7,488 280 0
PID 9,984 168 42
Vậy các thông số của bộ điều khiển PID là: KP = 9.984
KI = 0.059 KD = 419.328
Sau khi thiết kế bộ điều khiển PID bằng phương pháp Ziegler – Nichol, lấy các thông số đã tìm được tiến hành điều khiển lò nhiệt thì đáp ứng ra thỏa mãn được yêu cầu: vọt lố nhỏ, sai số xác lập nhỏ, thời gian lên và thời gian quá độ không lớn lắm,…