CHƯƠNG III : ĐIỀU KHIỂN BÀN MÁY CNC BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
1 ĐIỀU KHIỂN BÀN MÁY X:
1.4 Thiết kế bộ điều khiển PID:
a/ Những kiến thức cơ sở về bộ điều khiển PID :
Bộ PID có nhiệm vụ đưa sai lệch e(t) của hệ thống về 0 sao cho quá trình quá độ thỏa mãn các yêu cầu cơ bản về chất lượng.
- Nếu sai lệch e(t) thì thông qua khâu khuếch đại, tín hiệu u(t) càng lớn. - Nếu sai lệch e(t) chưa bằng 0 thì thông qua khâu tích phân, PID vẫn còn
tạo tín hiệu điều chỉnh.
- Nếu thay đổi sai lệch e(t) càng lớn thì thông qua thành phần vi phân, phản ứng thích hợp của u(t) sẽ càng nhanh.
z
HÌNH 3.7 SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI VÒNG KÍN VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN PID b/ Vai trò các khâu tỉ lệ, tích phân, vi phân:
- Khâu tỉ lệ:
Giá trị càng lớn thì tốc độ đáp ứng càng nhanh, do đó sai số càng lớn, bù khâu tỉ lệ càng lớn. Nếu độ lớn của khâu tỉ lệ quá cao, hệ thống sẽ không ổn định. Độ lớn nhỏ là do đáp ứng đầu ra nhỏ trong khí sai số đầu vào lớn, và làm cho bộ điều khiển kém nhạy, hoặc đáp ứng chậm. Nếu độ lợi của khâu tỉ lệ quá thấp, tác động điều khiển có thể sẽ quá bé khi đáp ứng với các nhiễu của hệ thống.
HÌNH 3.8 VAI TRÒ CỦA KHÂU TỈ LỆ TRONG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID - Khâu tích phân:
HÌNH 3.9 VAI TRÒ CỦA KHÂU TÍCH PHÂN TRONG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID Phân phối của khâu tích phân (đôi khi còn gọi là reset) tỉ lệ thuận với cả biên độ sai số lẫn quãng thời gian xảy ra sai số. Tổng sai số tức thời theo thởi gian
(tích phân hai số) cho ta tích lũy bù đã được hiệu chỉn trước đó. Tích lũy sai số sau đó được nhân với độ lợi tích phân và cộng với tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển. Biên độ phân phối của khâu tích phân trên tất cả tác động điều chỉnh được xác định bởi độ lợi tích phân, Ki .
Giá trị càng lớn kéo theo sai số bị khử càng nhanh. Đổi lại là độ vọt lố càng lớn: bất kỳ sai số âm nào được tích phân trong suốt đáp ứng quá độ phải được triệt tiêu tích phân bằng sai số dương trước khi tiến tới trạng thái ổn định.
- Khâu vi phân:
Khâu vi phân làm giảm tốc độ thay đổi của đầu ra bộ điều khiển và đặc tính này là đáng chú ý nhất để đạt tới điểm đặt của bộ điều khiển. Từ đó điều khiển vi phân được
HÌNH 3.10 VAI TRÒ CỦA KHÂU VI PHÂN TRONG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID Tác động của việc tăng giảm một số thông số độc lập:
Thông Số Thời gian khởi động ( Rise Time) Quá độ (Overshoot) Thời gian xác lập (Settlingtime ) Sai số ổn định Độ ổn định
kp Giảm Tăng Thay đổi nhỏ Giảm Giảm cấp
ki Giảm Tăng Tăng Giảm đáng
kể Giảm cấp
kd Giảm ít Giảm ít Giảm Về lý thuyết
không tác động
Cải thiện nếu
c/ Thiết kế PID Controller :
HÌNH 3.11 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID CHO BÀN MÁY X
Việc sử dụng công cụ mô phỏng Matlab đã tích hợp sẵn công cụ thiết kế bộ điều khiển PID. Kết quả của việc thiết kế bội PID tự động dung Matlab & Simulink như sau với thông số ban đầu: kp=1, ki=1,kD=0
Chọn bộ số PID tối ưu:
kp=¿ 1223.7034
ki=¿ 10704.3613
HÌNH 3.12 ĐÁP ỨNG XUNG BƯỚC NHẢY BÀN MÁY X KHI CÓ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID