3.3.2 .4Ứng suất trong đai
3.4 Bộ điềukhiển PID
Đồ án tốt nghiệp Thiết bị phục hồi chức năng bàn tay
Page 38 Bộ điều khiển PID là một bộ điều khiển vịng kín được sử dụng rộng rãi. Sử dụng bộ điều khiển PID để điều chỉnh sai lệch giữa giá trị đo được của hệ thống (process variable) với giá trị đặt (setpoint) bằng cách tính tốn và điều chỉnh giá trị điều khiển ở ngõ ra. Sơ đồ một hệ thống điều khiển dùng PID:
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
D (derivative) – tạo tín hiệu điều khiển tỉ lệ với vi phân theo thời gian của sai lệch.
3.4.1 Khâu P:
Khâu P tạo ra tín hiệu điều khiển tỉ lệ với giá trị của sai lệch. Việc này được thực hiện bằng cách nhân sai lệch e với hằng số KP – gọi là hằng số tỉ lệ. Khâu P được tính dựa trên cơng thức:
Pout=KP e(t)
Nếu chỉ có khâu P thì trong mọi trường hợp sai số tĩnh luôn xuất hiện, trừ khi giá trị đầu vào của hệ thống bằng 0 hoặc đã bằng với giá trị mong muốn. Trong hình sau thể hiện sai số tĩnh xuất hiện khi thay đổi giá trị đặt.
3.4.2 Khâu I:
Khâu I cộng thêm tổng các sai số trước đó vào giá trị điều khiển. Việc tính tổng các sai số được thực hiện liên tục cho đến khi giá trị đạt được bằng với giá trị đặt, và kết quả là khi hệ cân bằng thì sai số bằng 0. Khâu I được tính theo cơng thức:
Iout=Ki0te(τ)dτ Với:
Iout: giá trị ngõ ra khâu I Ki: hệ số tích phân e: sai số: e = SP – PV
Khâu I thường đi kèm với khâu P, hợp thành bộ điều khiển PI. Nếu chỉ sử dụng khâu I thì đáp ứng của hệ thống sẽ chậm và thường bị dao động. Khâu I làm cho đáp ứng của hệ thống bị chậm đi rất nhiều, còn khâu PI giúp triệt tiêu sai số xác lập.
Đồ án tốt nghiệp Thiết bị phục hồi chức năng bàn tay
Page 39
3.4.3 Khâu D:
Khâu D cộng thêm tốc độ thay đổi sai số vào giá trị điều khiển ở ngõ ra. Nếu sai số thay đổi nhanh thì sẽ tạo ra thành phần cộng thêm vào giá trị điều khiển. Điều này cải thiện đáp ứng của hệ thống, giúp trạng thái của hệ thống thay đổi nhanh chóng và mau chóng đạt được giá trị mong muốn. Khâu D được tính theo cơng thức:
Dout=Kddedt Với:
Dout: Ngõ ra khâu D Ki : Hệ số vi phân
Khâu D thường đi kèm với khâu P thành bộ PD, hoặc với PI để thành bộ PID. Bộ PD tạo đáp ứng có thời gian tăng trưởng nhỏ hơn so với bộ P. Nếu giá trị D quá lớn sẽ làm cho hệ thống không ổn định.
Bảng 3. 1: Ảnh hưởng của thông số PID
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
Ki Giảm Tăng Tăng Giảm đáng kể Giảm cấp
Kd Giảm ít Giảm
ít Giảm ít Về lý thuyết không tác động
Cải thiện nếu Kd nhỏ
Đồ án tốt nghiệp Thiết bị phục hồi chức năng bàn tay
Page 40 Có 4 phương pháp xác định thơng số của bộ điều khiển:
Điều chỉnh thủ công: khơng cần hiểu biết về tốn, dựa trên thực nghiệm và đòi hỏi kinh nghiệm của người điều chỉnh.
Ziegler–Nichols: phương pháp chứng minh, dựa trên thực nghiệm, nhược điểm là làm rối loạn quá trình, một số thử nghiệm gây lỗi, phải điều chỉnh nhiều lần
Dùng công cụ phần mềm: điều chỉnh chắc chắn, dựa trên thực nghiệm hoặc trên tính tốn, cho phép mơ phỏng trước khi áp dụng thực tế, có nhược điểm là địi hỏi chi phí cao và phải được huấn luyện.
Cohen–Coon: xử lý các mô hình tốt, dựa trên tính tốn và u cầu phải vững
3.5. Giới thiệu sơ lượt về thành phần trong đồ án. 3.5.1. Board cầu H-Bridge