3.1.Cấu trúc cơ bản của bộ điều khiển:
Một hệ thống điều khiển được xây dựng từ 3 bộ phận chủ yếu gồm: đối tượng điều khiển; bộ điều khiển, hiệu chỉnh; cơ cấu đo lường.
Các hệ thống tín hiệu có trong hệ thống gồm có: tín hiệu chủ đạo, tín hiệu ra, các tác động từ bên ngoài, tín hiệu phản hồi, sai lệch điều khiển.
3.2. Các nguyên tắc điều khiển tự động:
3.2.1. Nguyên tắc giữ ổn định:
Nguyên tắc này giữ tín hiệu ra bằng một hằng số trong suốt quá trình điều khiển, y=const. Có 3 phương pháp để thực hiện nguyên tắc giữ ổn định gồm: phương pháp bù tác đông bên ngoài, phương pháp điều khiển theo sai lệch, phương pháp hỗn hợp.
3.2.2. Nguyên tắc điều khiển theo chương trình:
Nguyên tắc này giữ tín hiệu ra y=y(t) theo một chương trình đã được định sẵn. để một tín hiệu ra nào đó thực hiệu theo chương trình, cần phải sử dụng máy tính hay các thiết bị có lưu trữ chương trình. Hai thiết bị thông dụng chứa chương trình điều khiển là: PLC,CNC.
3.3. Chất lượng của quá trình điều khiển: 3.3.1. Khái niệm chung:
Chất lượng của một hệ thống điều khiển tự động được đánh giá qua 2 chế độ: chế độ xác lập và quá trình quá độ.
3.3.2. Chế độ xác lập:
Chất lượng điều khiển được đánh giá qua sai lệch tĩnh (hay còn gọi là sai số xác lập)
Sai số tĩnh (St) là sai lệch không đổi sau khi quá trình quá độ kết thúc. 3.3.3. Quá trình quá độ:
Chất lượng của hệ thống được đánh giá qua 2 chỉ tiêu chính -Độ quá điều chỉnh lớn nhất
- Thời gian quá độ lớn nhất
3.4. Các bộ điều khiển – Hiệu chỉnh hệ thống:
3.4.1. Bộ điều khiển ON/OFF:
Đầu ra của bộ điều khiển này chỉ có 2 trạng thái (lớn nhất và nhỏ nhất), phụ thuộc vào giá trị đầu vào:
Đầu ra của bộ điều khiển chuyển sang ON nếu giá trị đầu vào nhỏ hơn giá trị đặt.
Đầu ra của bộ điều khiển chuyển sang OFF nếu giá trị đầu ra cao hơn giá trị đặt.
Giá trị nhỏ nhất của đầu ra thường là “0”(OFF)
Chú ý rằng, khi giá trị đầu vào phải vượt qua giá trị đặt thì trạng thái của đầu ra bắt đầu thay đổi. biên độ dao động và chu kỳ của chúng phụ thuộc chính yếu vào thời gian đáp ứng của quá trình và đặc điểm của nó.
Thông thường, bộ phận điều khiển ở đầu ra của bộ điều khiển là một contact hoặc van động cơ. Nếu độ nhạy của bộ điều khiển càng quan trọng thì phản ứng ở đầu ra càng mạnh và càng nguy hiểm đối với contact hay van.
Bộ điều khiển ON-OFF dùng cho các quá trình có quán tính lớn. đối với nhiều máy móc, có thể điều chỉnh được độ trễ. Nó biểu diễn là % của tỷ lệ lớn nhất.
3.4.2. Bộ điều khiển tỷ lệ P:
Bộ điều khiển tỷ lệ là bộ điều khiển đơn giản nhất và thông dụng nhất. Đầu ra của bộ điều khiển là tỷ lệ số học đối với độ chênh lệch giữa giá trị đo được và giá trị đặt.
Trong bộ điều khiển, chúng ta biểu diễn độ chêng lệch bởi dải tác động tỷ lệ
BP(%) = 1/Kp
Càng tăng dải tác đông tỷ lệ thì càng tăng độ dốc tính hiệu ra.
Vì vậy, có thể điều chỉnh dải tác động tỷ lệ để đạt được điều khiển bền vững trong các điều kiện khác nhau của quá trình.
Nếu giảm dải tác động tỷ lệ xuống “0”, chúng ta nhận được bộ điều khiển ON/OFF.
Trong thực hành:
Một dải tác động tỷ lệ rộng (tỷ lệ phần trăm cao) tương ứng với hệ thống có độ chính xác thấp vì sự tác động của các tín hiệu nhiễu.
Một dải tác động tỷ lệ hẹp tương ứng với một hệ thống có độ chính xác cao hơn.
Biểu thức liên hệ: P = KpE Trong đó: P: tín hiệu ra
Kp: hệ số khuếch đại của bộ điều khiển.
E: độ chênh lệch giữa giá trị đo được và giá trị đặt (%). Hệ số khuếch đại càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ.
Trong đa số các trường hợp, hệ số khuếch đại càng lớn thì độ vọt lố càng cao, hệ thống càng kém ổn định.
3.4.3. Bộ điều khiển tỷ lệ tích phân PI:
Điều khiển PI làm tăng bậc vi sai của hệ thống, tuy nhiên cũng làm cho hệ thống có độ vọt lố, thời gian quá độ tăng lên.
Thời gian tích phân càng nhỏ thì độ vọt lố càng tăng. 3.4.4. Bộ điều khiển tỷ lệ đạo hàm PD: