3.3.2 .Mạch đo nhiệt độ
4.2. Tổng hợp bộ điều khiển
4.2.1. Bộ điều khiển PID
Tên gọi PID là chữ viết tắt của ba thành phần cơ bản có trong bộ điều khiển gồm khuếch đại tỉ lệ (P), tích phân (I) và vi phân (D). Một bộ điều khiển PID gồm 3 thành phần: P (proportional) – tạo tín hiệu điều khiển tỉ lệ với sai lệch (error – e), I (integral) – tạo tín hiệu điều khiển tỉ lệ với tích phân theo thời gian của sai lệch, và D (derivative) – tạo tín hiệu điều khiển tỉ lệ với vi phân theo thời gian của sai lệch.
Hình 4.3: Các thành phần trong bộ điều khiển PID. Sơ đồ một hệ thống điều khiển PID: Sơ đồ một hệ thống điều khiển PID:
w(t) e(t) u(t) y(t)
Hình 4.4: Điều khiển với bộ điều khiển.
Bộ điều khiển PID được sử dụng 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 cả về cấu trúc lẫn nguyên lý làm việc. Bộ PID có nhiệm vụ đưa sai lệch e(t) về 0 sao cho quá trình quá độ thỏa mãn các yêu cầu cơ bản về chất lượng điều khiển.
Nếu sai lêch e(t) càng lớn thì thơng qua thành phần up(t), tín hiệu điều chỉnh u(t) càng lớn (vai trò khuếch đại kp).
X PID G(s)
http://www.ebook.edu.vn 45 Nếu sai lệch e(t) chưa bằng 0 thì thơng qua thành phần uI(t) PID vẫn cịn tạo tín hiệu điều chỉnh ( vai trị của tích phân TI).
Nếu sự thay đổi của sai lệch e(t) càng lớn thì thơng qua thành phần uD(t), phản ứng thích hợp của u(t) càng nhanh(vai trò của vi phân TD).
Bộ điều khiển PID được mô tả bằng mơ hình vào ra: u(t)=kp[e(t) + 1 I T 0 ( ) ( ) t D de t e d T dt τ τ+ ∫ ].
Trong đó e(t) là tín hiệu đầu vào, u(t) là tín hiệu đầu ra, kp được gọi là hệ số tỷ lệ, TI là hằng số tích phân và TD là hằng số vi phân.
Từ mơ hình vào ra trên ta có hàm truyền bộ PID: 1 ( ) P 1 D I R s k T s T s ⎛ ⎞ = ⎜ + + ⎟ ⎝ ⎠.
Chất lượng bộ điều khiển phụ thuộc vào các tham số kp,TI, TD. Muốn hệ thống có được chất lượng như mong muốn thì phải phân tích đối tượng rồi trên cơ sở đó chọn các tham số cho phù hợp. Hiện có nhiều phương pháp xác định các tham số kp,TI, TD cho bộ PID song tiện hơn trong ứng dụng vẫn là:
- Phương pháp sử dụng mơ hình xấp xỉ bậc nhất của đối tượng. - Phương pháp thực nghiệm.
- Phương pháp xác định tham số theo tổng T.
Một điều cần nói thêm là khơng phải mọi trường hợp ta đều bị bắt buộc phải xác định cả 3 tham số kp,TI, TD. Chẳng hạn như khi bản thân đối tượng đã có thành
phần tích phân thì trong bộ điêu khiển ta khơng cần phải có thêm khâu tích phân mới diệt được sai lệch tĩnh, hay nói cách khác, khi đó ta chỉ cần sử dụng bộ điều khiển PD.
( ) P(1 D )
R s = k +T s
Là đủ TI =∞. Hoặc tín hiệu trong hệ thống thay đổi chậm và bản thân bộ điều khiển không cần phản ứng thật nhanh với sự thay đổi của sai lệch e(t) thì ta sử dụng bộ điều khiển PI.(TD = 0) có hàm truyền đạt.
1 ( ) P 1 I R s k T s ⎛ ⎞ = ⎜ + ⎟ ⎝ ⎠.
http://www.ebook.edu.vn 46