PID là viết tắt của cụm từ (Proportional Integral Derivative) là giải thuật được dùng nhiều trong các ứng dụng điều khiển tự động với yêu cầu chính xác, nhanh và ổn định. Bộ điều khiển PID bao gồm 3 thông số riêng biệt và được gọi là điều khiển ba khâu: tỷ lệ, tích phân và đạo hàm, viết tắt là: P, I và D.
Hàm truyền của bộ điều khiển PID như sau:
(3.38)
Trong đó:
: Độ lợi khâu tỷ lệ
: Độ lợi khâu tích phân : Độ lợi khâu vi phân
Cấu trúc bộ điều khiển PID
Hình 3.4 Hệ thống điều khiển vòng kín
Trong đó:
Controller: Bộ điều khiển cung cấp tín hiệu điều khiển cho đối tượng điều khiển.
Plant: Đối tượng điều khiển.
Biến e là thành phần sai lệch giữa giá trị mong muốn (R) và giá trị ngõ ra thực tế (Y). Tín hiệu sai lệch (e) sẽ gửi tới bộ điều khiển PID, và bộ điều khiển tính toán cả thành phần tích phân lẫn vi phân của (e). Tín hiệu ra (u) của bộ điều khiển bằng:
∫ (3.39)
Lúc này đối tượng điều khiển có tín hiệu vào là (u) và tín hiệu ra là (Y). (Y) được hồi tiếp về bằng các cảm biến để tiếp tục tính sai lệch (e). Sau đó bộ điều khiển tiếp tục lặp lại như trên.
Đặc tính của bộ điều khiển PID
Thành phần tỉ lệ (KP) có tác dụng làm tăng tốc độ đáp ứng của hệ và làm giảm, chứ không triệt tiêu sai số xác lập của hệ (steady-state error).
Thành phần tích phân (KI) có tác dụng triệt tiêu sai số xác lập nhưng có thể làm giảm tốc độ đáp ứng của hệ.
Thành phần vi phân (KD) làm tăng độ ổn định hệ thống, giảm độ vọt lố và cải thiện tốc độ đáp ứng của hệ.
Ảnh hưởng của các thành phần KP, KI, KD đối với hệ kín được tóm tắt trong bảng sau:
Bảng 3.1 Ảnh hưởng của các thành phần KP, KI, KD đối với hệ kín Thông số Thời gian đáp ứng Độ vọt lố Thời gian xác lập Sai số xác lập
KP Giảm Tăng Ít thay đổi Giảm
KI Giảm Tăng Tăng Triệt tiêu
KD Ít thay đổi Giảm Giảm Ít thay đổi