TỔNG HỢP CẤU TRÚC VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN THAM SỐ HỆ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ Lề NHIỆT ĐIấN
3.1.2 Phương phỏp thực nghiệm
Phương phỏp Ziegler-Nichols
Sử dụng mụ hỡnh xấp xỉ bậc nhất cú trễ của đối tượng
Phương phỏp xỏc định tham số sử dụng mụ hỡnh xấp xỉ bậc nhất cú trễ cho đối tượng ở đõy cú tờn gọi là phương phỏp thứ nhất của Ziegler –Nichols. Nú cú nhiệm vụ xỏc định tham số K , P T , I T cho bộ điều khiển PID trờn cơ sỏD đối tượng cú thể được mụ tả xấp xỉ với hàm truyền đạt dạng:
Tp - e p) T (1 K P(p) O + =
Sao cho hệ nhanh chúng về chế độ xỏc lập và quỏ điều chỉnh ΔhMAX khụng vượt quỏ một giới hạn cho phộp khoảng 40% so với gớa trị ΔhMAX so với giỏ trị xỏc lập h .∞
ΔhhMAX ≤0.4
Bằng thực nghiệm, ta xõy dựng được đặc tớnh qua độ như trờn hỡnh 3.1.a hoặc 3.1.b. Kẻ đường tiếp tuyến với đường cong quỏ độ, ta cú cỏc tham số:
a) K T L K L h ( ) 0 h t b) h ( ) 0 T h t
Hỡnh 3.2 Đặc tớnh quỏ độ thực nghiệm của đối tượng
Trong đú, L- là thời gian chậm trẽ của đầu ra h(t), K- là giỏ trị giới hạn h(∞), T-
hằng số thời gian của đối tương.
Phương phỏp Ziegler – Nichols hướng cho ta lựa chọn cỏc tham số đề nghị sử dụng tham số K , P T , I T cho bộ điều khiển PID theo cỏc phương ỏnD sau:
Nếu chỉ sử dụng bộ điều khiển tỉ lệ chọn: KP =T/(KL)
Nếu chỉ sử dụng PI chọn: KP =0,9T/(KL) , TI =10L/3 Nếu sử dụng PID chọn: KP =1,2T/(KL) , TI =2L , TD =L/2
Phương phỏp 2 của Ziegler- Nichols
Nguyờn lý được trỡnh bày như sau:
Thay bộ điều khiển PID trong hệ kớn bằng bộ khuếch đại. Sau đú tăng dần hệ số khuếch đại đạt tới giỏ trị tới hạn KTH để hệ kớn ở chế độ biờn giới ổn định, tức là h(t) cú dao động điều hoà và ta xỏc định chu kỳ T của dao động.TH
Xỏc định tham số của bộ điều khiển PID như sau: Nếu sử dụng bộ điều khiển tỉ lệ chọn: KP =0,5KTH Nếu sử dụng PI, chọn:
THP 0,45K P 0,45K
Nếu sử dụng PID, chọn:
THP 0,6K P 0,6K
K = , TI =0,5TTH , TD =0,12TTH
Nhược điểm của phương phỏp thứ 2 này là chỉ ỏp dụng cho những đối tượng cú được chế độ biờn giới ổn định khi hiệu chỉnh hệ số khuếch đại trong mạch kớn.
Phương phỏp Chien-Hrones-Reswick.
Về mặt lý thuyết, phương phỏp Chien-Hrones-Reswick gần giống với phương phỏp thứ nhất của Ziegler-Nichols, song nú khụng sử dụng mụ hinh tham số gần đỳng dạng quỏn tinh bậc nhất mà thay vào đú là trực tiếp dựng hàm quỏ độ của đối tượng, nhưng với điều kiện thời gian trễ đủ nhỏ so với hằng số thời gian của đối tượng. Vớ dụ, ta xõy dựng được đặc tớnh quỏ độ của đối tượng như trờn hỡnh 3.3. Nú bảo đảm điều kiện b/a>3.
t h 0 h ( ) a T K
Hỡnh 3.3 Đặc tớnh quỏ độ thực nghiệm của đối tượng thực hiện xỏc định tham số PID theo phương phỏp của Chien-Hrones-Reswick
Chien-Hrones-Reswick đó đưa bốn cỏch xỏc định tham số chụ bộ điều khiển cho bốn yờu cầu chất lượng như sau:
+ Yờu cầu tối ưu theo nhiễu và hệ kớn khụng cú quỏ độ điều chỉnh: - Bộ điều khiển P chọn: KP =3b/(10aK)
- Bộ điều khiển PI chọn: KP =6b/(10aK) , và TI =4a . - Bộ điều khiển PID: K 19b/(10 )
P = aK , TI =12a/5 , TD =21a/50
+ Yờu cầu tối ưu theo nhiễu và hệ kớn cú quỏ độ điều chỉnh ∆hmax khụng vượt quỏ 20% so với h(∞)
- Bộ điều khiển PI chọn: KP =7b/(10aK), TI =23a/10.
- Bộ điều khiển PID chọn: KP =5b/(6aK), TI =2a và TD =21a/50. +Yờu cầu tối ưu theo tớn hiệu đặt trước và hệ kớn khụng cú độ quỏ điều chỉnh:
- Bộ điều khiển P chọn : KP =3b/(10aK)
- Bộ điều khiển PI chọn: KP =7b/(10aK), TI =6b/5.
- Bộ điều khiển PID chọn: KP =3b/(5aK), TI =b và TD =a/2.
+Yờu cầu tối ưu theo tớn hiệu đặt trước và hệ kớn độ quỏ điều chỉnh khụng vượt quỏ 20% :
- Bộ điều khiển P chọn : KP =7b/(10aK)
- Bộ điều khiển PI chọn: KP =6b/(10aK), TI =b. - Bộ điều khiển PID chọn:
) 20 /( b 19 KP = aK ,TI =27b/20 và TD =47a/100
Phương phỏp Chien-Hrones-Reswick cũng phải cú giả thiết rằng, đối tượng là ổn định, hàm quỏ độ khụng dao động và cú dạng hỡnh chữ S, tuy nhiờn phương phỏp này thớch ứng với cỏc đối tượng bậc rất cao như quỏn tớnh bậc n với cựng hằng số thời gian.