3. CÂU HỎI CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN:
2.3.5 Điều khiển bằng khâu vi tích phân tỉ lệ (PID)
Bộ điều khiển PID được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế để điều khiển nhiều loại đối tượng khác nhau như nhiệt độ lò nhiệt, tốc độ động cơ, mực chất lỏng trong bồn chứa,… Lý do bộ điều khiển này được sử dụng rộng rãi là vì nó có khả năng triệt tiêu sai số xác lập, tăng đáp ứng quá độ, giảm độ vọt lố nếu các tham số bộ điều khiển được chọn lựa thích hợp.
Khâu hiệu chỉnh khuếch đại tỉ lệ (P) được đưa vào hệ thống nhằm làm giảm sai số xác lập, với đầu vào thay đổi theo hàm nấc sẽ gây ra vọt lố và trong vài trường hợp là không chấp nhận được đối với mạch động lực. Sự có mặt của khâu vi phân tỉ lệ (PD) làm giảm độ vọt lố và đáp ứng ra bớt nhấp nhô hơn và hệ thống sẽ đáp ứng nhanh hơn. Khâu tích phân tỉ lệ(PI) có mặt trong hệ thống sẽ dẩn đến sai lệch tĩnh triệt tiêu( hệ vô sai). Muốn tăng độ chính xác ta phải tăng hệ số khuếch đại, song với mọi hệ thống thực đều bị hạn chế và sự có mặt của khâu PI là bắt buộc. Khâu hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ (PID) kết hợp những ưu điểm của khâu PI và PD, có khả năng tăng độ dự trử pha ở tần số cắt, khử chậm pha. Sự có mặt PID ở vòng hồi tiếp có thể dẩn đến sự dao động trong hệ do đáp ứng quá độ bị vọt lố bởi hàm Dirac δ(t).Các bộ hiệu chỉnh PID được ứng dụng nhiều trong công nghiệp dưới dạng thiết bị điều khiển hay thuật toán phần mềm.
Do sự thông dụng của nó nên nhiều hãng sản xuất thiết bị điều khiển đã cho ra đời các bộ điều khiển thương mại rất thông dụng.
Thực tế các phương pháp thiết kế bộ điều khiển PID dùng quỹ đạo nghiệm số, giản đồ Bode hay phương pháp giải tích rất ít được sử dụng do việc khó khăn trong xây dựng hàm truyền đối tượng. Phương pháp phổ biến nhất để chọn tham số PID thương mại hiện nay là phương pháp Ziegler-Nichols.
Hình 2.12: Sơ đồ điều khiển sử dụng bộ điều khiển PID Bộ điều khiển PID có hàm truyền liên tục như sau:
1 ( ) i 1 p d p D I K G s K K s K T s s T s = + + = + + ÷ (2.10) Với các giá trị Kp, Ki, Kd là các hằng số thực.
Phương trình vi tích phân mô tả sự tương quan giữa tín hiệu ra u(t) với tín hiệu sai lệch e(t) của bộ điều khiển PID là:
∫ + + = K e t dt dt t de K t e K t u( ) P. ( ) D. ( ) I. ( ). (2.11) Trong đó: e(t) là sai lệch trong hệ thống e(t) = r(t) – c(t).
r(t) và c(t) là tín hiệu vào và đáp ứng ra của hệ thống.
Vấn đề thiết kế là cần xác định giá trị Kp, Ki, Kd sao cho thoả mãn các yêu cầu về chất lượng.
Bảng 2.2: So sánh các phương pháp điều khiển
Các phương pháp điều khiển
Ưu điểm Khuyết điểm
Điều khiển ON-OFF - Điều khiển đơn giản - Không xảy ra offset
- Xảy ra quá tải và hunting
Hiệu chỉnh P - Quá tải và hunting nhỏ - Thời gian yêu cầu dài đến khi biến điều khiển được thiết lập
- Vọt lố xảy ra.
Điều khiển PI - Loại bỏ sai xác lập - Thời gian yêu cầu dài hơn P cho đến khi biến điều khiển được thiết lập .
Điều khiển PD - Đáp ứng nhanh - Điều khiển này không thể thực hiện một mình . - Sai số xác lập luôn khác 0.
Hiệu chỉnh PID - Có thể điều khiển tốt nhất
- Đặt thông số PID là cần thiết
Hình 2.13: So sánh đáp ứng của hệ thống so với các bộ điều khiển.