Bai9_ PID

BI 9
Điều khiển tự động động cơ DC
theo luật PID

67


bài 2
Điều khiển tự động động cơ DC
theo luật PID

A. Cơ sở lý thuyết
1. Hệ điều khiển tự động
2. Các khâu điều khiển động học điển hình
3. Điều khiển PID

B. Phần thực nghiệm
1. Thực hành mô phỏng điều khiển môtơ DC theo
luật PID
2. Khảo sát quá trình điều khiển PID bằng mạch
điện tử
3. Chơng trình điều khiển PID qua hệ thống số
ghép

nối

tính

C. Tài liệu tham khảo

68

máy


Bài thực tập chuyên đề
Điều khiển tự động động cơ DC theo luật PID
1. Mục đích:
Tìm hiểu nguyên tắc điều khiển tự động theo luật PID
(tỷ lệ, tích phân, vi phân). Khảo sát quá trình hoạt động
và đo đạc các thông số của 2 hệ điều khiển mạch điện tử
PID và hệ điều khiển tốc độ mô-tơ ghép nối máy tính. Từ
đó rút ra những kết luận so sánh và đánh giá.
2. Dụng cụ thực nghiệm:
- Mô-tơ 1 chiều DC có có bộ giảm tốc (gear), có gắn
bộ lập mà quang phát xung tỷ lệ với tốc độ quay của
trục mô-tơ.
- Bảng mạch điện tử thực nghiệm điều khiển PID bằng
các bộ khuếch đại thuật toán (KĐTT)..
- Bộ đầu cuối ghép nối máy tính dùng vi mạch định
thời PIT-8254 dùng cho thực nghiệm điều khiển tốc
độ mô-tơ bằng chơng trình phần mềm.
- 01 máy phát xung vuông mức lôgic TTL có thể biến
đổi độ rộng xung.
- 01 máy hiện sóng 2 kênh.
- 01 Card vào/ra số 8 bit PPI-8255A/ PIT-8254 cắm vào
khe cắm PCI.
- Máy tính với chơng trình MATLAB, LABVIEW.

A. CƠ Sở Lý THUYếT
1. Hệ điều khiển tự động

Hệ thống điều khiển tự động đợc xây dựng từ 3 bé
phËn chñ yÕu:
69


-

Thiết bị điều khiển C (controller).

-

Đối tợng điều khiển O (Object).

-

Thiết bị đo lờng M (Measuring device).

Đây là một hệ thống có phản hồi (liên hệ ngợc) với sơ đồ
nh hình 1.
x

e

u

C

z

O

y(t)

M

Hình 1. Sơ đồ hệ thống điều khiển tự dộng

Các tín hiệu tác động trong hệ thống gồm: x: tín hiệu
vào (tạo điểm đặt), y: tín hiệu ra, u: tín hiệu điều khiển
tác động lên đối tợng O, z: tín hiệu phản hồi , e: độ lệch
cần điều chỉnh.
2. Các khâu điều khiển động học điển hình
Một hệ thống điều khiển gồm có các phần tử nối với
nhau theo các phơng thức chung nh nối tiếp, song song và
kiểu hồi tiếp. Tính chất của quá trình quá độ toàn hệ
thống phụ thuộc tính chất động học của các phần tử hợp
thành. Trong hệ thống, số lợng các phần tử có thể nhiều và
đa dạng về bản chất vật lý, nhng số lợng các phơng trình
mô tả động học các khâu tối giản là có hạn. Các phần tử
thực làm việc ở phạm vi tần số nhất định. Còn việc mô tả
động học các khâu điển hình đợc thực hiện cho mọi tần
số, từ = 0 đến . Một khâu điều khiển có sơ đồ tổng
quát nh hình 2, trong đó x(t) là lợng vào, y(t) là lợng ra. ảnh
Laplace tơng ứng là X(s) và Y(s) với hàm truyền W(s).
x(t)

W

X(s)

y(t)
Y(s)

Hình 2. Khâu điều khiển

2.1. Khâu khuếch đại tỷ lệ
70


Là khâu mà ở mỗi thời điểm, lợng ra tỷ lệ với lợng vào
theo phơng trình:

y kx
(1)

W(s)

Hàm truyền đạt có dạng:

Y(s)
k
X(s)

(2)
Đặc tính biên pha W(j) = k là một điểm trên trục hoành
(hình 3.a). Đặc tính lô-ga-rit biên độ - tần số là một đờng
nằm ngang (hình 3.b):
L() = 20 lgA() = 20 lgk
Đặc tính lô-ga-rit pha - tần sè chÝnh lµ trơc hoµnh:

 ( ) arctg

Q( )
0
P( )
L()

j
Q()

L() = 20 lg k

k
0

A

P()

() = 0



-()
(a)

(b)

Hình 3. Đặc tính biên pha (a) và đặc tính lô-ga-rit của khâu tỷ lệ

2.2. Khâu quán tính.
Khâu quán tính đợc mô tả bằng phơng trình:

T

dy
y kx
dt
(3)

với T là hằng số thời gian, k là hệ số khuếch đại.
Hàm truyền đạt có dạng:

k
W(s)
1  Ts

(4)
71


Đặc tính tần số biên pha đợc xác định nh sau víi s = j:

k
k ( 1  Tj )
k
kT
W ( i ) 



 j
2
2
1  Tj ( 1  Tj )( 1  Tj ) 1  T 
1  T 2 2
A(  )  P 2 (  )  Q 2 (  ) 

 (  ) arctg

k
1  T 2 2

Q(  )
arctg ( T )
P( )

Đây là phơng trình đờng tròn có bán kính k/2 và tâm
trên trục thực cách gốc toạ độ một lợng k/2 nh hình 4.

jQ()

=
=


k/2

P()

A

=0

()

i
=1/
T

Hình 4. Đặc trng biên pha của khâu quán tính

Tại tần số 1 / T th×

A(1 / T ) 

2
k
2

 (1 / T ) arctg 1 - /4

Đặc tính tần số lô-ga-rit là:

L( ) 20 lg A( ) 20 lg

k
1 (T )

2

20 lg k  20 lg 1  (T ) 2

Trong phạm vi tần số 1 / T hay T 2 2  1 ta cã:

L(  ) 20 lg k
72


Víi   1 / T cã: L(  ) 20 lg k 20 lg T
Đây là phơng trình ®êng th¼ng ®i qua 2 ®iĨm sau:

L(1 ) 20 lg k  20 lg T
L(10 ) 20 lg k  20 lg T  20 lg10
L(1 )  L(10 ) 20db

Vậy

Do vậy, trong phạm vi biến đổi tần số 10 lần (1 dec),
đặc tính biên độ lô-ga-rit thay đổi 20 db và độ nghiêng
là 20 db/decade.
Đặc tính pha tiệm cËn víi trơc hoµnh khi   0 vµ víi ®êng th¼ng   / 2 khi    . Tại tần số gÃy 1 / T , đặc
tính pha đi qua điểm / 4 .
Đặc tính biên độ và pha lô-ga-rit cho trên hình 5.
L()

3 db
-20db/dec

20 lgk
1/T

()
1/T



-/4
-/2

Hình 5. Đặc tính biên độ và pha thang lô-ga-rit của khâu quán
tính

2.3. Khâu tích phân
Khâu tích phân có mối quan hệ giữa lợng ra và lợng vào
nh sau:

73


t

y k x( t )dt  y 0
0

(5)
víi k lµ hệ số tỷ lệ và y0 là điều kiện đầu. Do vậy hàm
truyền đạt của khâu tích phân lý tởng cã d¹ng:

W(s) 

k
s

(6)


k k 
W(j ) -j  e 2


Và đặc tính biên-pha là:

Đặc tính này có dạng nh hình 6, trong đó biên độ L()
= 20 lgk ở tÇn sè  = 1, hay khi  = k thì L() = 0.
L()
20db/dec
20
lgk

()




1
-/2

Hình 6. Đặc tính biên pha - tần số của khâu tích phân

2.4.

Khâu vi phân

Khâu vi phân lý tởng đợc mô tả bởi phơng trình:

y k
(7)

dx
dt

L()

Hàm truyền có+ dạng:
20db/dec

W(s) ks

(8)
20 lgk
Đặc tính biên pha đợc cho trên h×nh 7.: W(j )  jk
1



()

74

+/
2




Hình 7. Đặc tính biên pha - tần số của khâu vi phân

3. Điều khiển PID
Điều khiển tỷ lệ-tích phân-vi phân PID (PropotionalIntegral-Derivative) đợc sử dụng rất rộng rÃi trong thực tế
nh trong điều khiển robot, tay máy, điều khiển nhiệt độ,
tốc độ động cơ, áp suất, v.v... Phơng trình mô tả bộ điều
khiển PID với lợng vào e(t) và lỵng ra u(t) nh sau:

u( t ) K P e( t )  K I e( t )dt  K D

de( t )
dt

(9)
Với KP, KI, KD tơng ứng là các hƯ sè tû lƯ, hƯ sè tÝch
ph©n, hƯ sè vi phân.
ảnh Laplace của nó là:

WPID ( s ) K P 

KI
 KDs
s

(10)
§iỊu khiĨn tû lƯ P víi hƯ sè KP có tác dụng làm giảm thời
gian đáp ứng quá độ của hệ thống và giảm độ lệch tĩnh
(so với điểm đặt) nhng không thể loại trừ.
Điều khiển tích phân I với hệ số KI cho phép loại trừ độ
lệch tĩnh, nhng lại làm cho đáp ứng quá độ xấu đi khi tăng
quá KI.

75


Điều khiển vi phân D với hệ số KD làm tăng tính ổn
định của hệ thống, giảm hiệu ứng quá điều chỉnh
(overshoot) và cải thiện đáp ứng quá độ.
ở đây ta xét loại điều khiển PID theo cấu hình đơn
giản và cũng là phổ biến nhất là điều khiển bù trừ nối tiếp
đợc trình bày trên hình 8, trong đó bộ điều khiển PID (cơ
cấu trong hình chấm chấm) đợc đặt nối tiếp với đối tợng
cần điều khiển O.
WPID
KP
R(s)

E(s)
+

KI/s

+

+

U(s)

WO

Y(s)

+

KDs

Hình 8. Sơ đồ bộ điều khiển PID

Tuỳ thuộc vào hàm truyền đạt của đối tợng cần điều
khiển WO mà ta có các hàm truyền đạt của toàn bộ hệ kín
khác nhau. Thí dụ, nếu hệ chỉ dùng điều khiển PI và hàm
truyền đạt đối tợng là WO = 1/(s+1), sẽ tính đợc hàm
truyền đạt của hệ kín này nh sau:

W(s)

K P (s  T1)
Y(s)
 2
R(s) s  (1 K P )s K P T1

với T1

KI

KP

Tuỳ thuộc vào cách chọn các hệ số KP, KI và KD mà ta sẽ
nhận đợc các quá trình khác nhau (có dao động, không dao
động, quá điều chỉnh, thời gian quá độ dài, ngắn, v.v...).

B. PHÇN THùC NGHIƯM
76


Yêu cầu:
Khảo sát quá trình điều khiển tốc độ và điều khiển
vị trí quay của mô-tơ một chiều DC bằng luật PID. 3 thực
nghiệm sau cần đợc thực hiện:
-

Khảo sát quá trình mô phỏng điều khiển PID bằng
thực nghiệm ảo Simlab đợc cài đặt sẵn trong phần
mềm MATLAB.

-

Khảo sát quá trình điều khiển PID qua mạch điện tử
tơng tự đợc lắp trên các bộ khuếch đại thuật toán.

-

Khảo sát chơng trình điều khiển động cơ điện DC
theo luật PID qua hệ thống số ghép nối máy tính
bằng phần mềm LABVIEW.

1. Thực hành mô phỏng việc điều khiển mô-tơ DC
theo luật PID
1.1. Đáp ứng của mô-tơ một chiều
Các thông số của một mô-tơ một chiều DC cảm ứng gồm:
- Ra = Điện trở cuộn dây cảm ứng [ohm]
- La = Điện cảm cuộn dây [Henrry]
- va = Thế đặt trên cuộn dây [V]
- vb = Sức điện động tự cảm phản hồi ngợc [V]
- = Góc quay trục mô-tơ [radian]
- T = Lực xoắn [N.m]
- JL = Mômen quán tính của tải [kg. m2]
- TL = Nhiễu do lực xoắn tác dụng lên tải [N.m]
- Jm = mômen quán tính của trục quay [kg.m2]
- J = Mômen tơng đơng của quán tính mô-tơ và tải tác
động
lên
trục
mô-tơ: J = JL/n2 + Jm. [kg.m2]
- n = Tỷ số truyền bánh răng
- B = hệ số nhớt ma sát tơng đơng của mô-tơ và tải tác
động
lên
trục
quay [N.m /rad/sec)]
77


- Kb = Hằng số sức điện động phản hồi ngợc [V/rad/s]
- Kt = Hệ số khuếch đại của cảm biến tốc độ

(tachometer)
- Km = Hằng số mô-tơ [N.m/A]
Nh vậy, mô-tơ một chiều dùng cuộn dây cảm ứng tự nó
đà là một hệ điều khiển có phản hồi, trong đó sức điện
động phản hồi ngợc (back-emf voltage) tỷ lệ với tốc độ của
mô-tơ. Sơ đồ khối của mô-tơ có thể đợc trình bày nh
hình 9, trong đó đà bao gồm cả tác dụng của tải ngoại coi
nh lực xoắn nhiễu TL. Va(s) là lợng vào (thế đặt) và (s) là
lợng ra (tốc độ trục quay mô-tơ).

Va(s)

+

E(s)

Vb(s)

Km
La s Ra

+

-

TL(s)

T(s)

1

Js B

(s)

Kt

Vout(s)

Kb
Hình 9. Sơ đồ một mô-tơ DC có cuộn cảm ứng

Tỷ số La/Ra đợc gọi là hằng số điện- thời gian của mô-tơ
và đợc ký hiệu là e. Vì tằng La rất nhỏ nên có thể bỏ qua
e. Từ đó có thể tính đợc tốc độ của trục mô-tơ nh sau:

Km
Ra J m
(s) 
Va (s)
 La  2 
La  K mK b  Ra B
  s   J m  B  s 
Ra 
Ra J m
 Ra 


 La  
 1 s   / J m
 Ra  



TL (s)
 La  2 
La  K mK b  Ra B
  s   J m  B  s 
Ra 
Ra J m
 Ra 

78


Hay:

m
K ef
Jm
(s) 
Va (s) 
TL (s)
Tms  1
 ms  1

(11)
Víi
®iƯn

K ef K m /(Ra B  K mK b )

là hằng số khuếch đại
của mô-tơ

m Ra J m/(Ra B K mK b )

là hằng số cơ của

mô-tơ.
Nếu kết hợp quán tính tải và tỷ số bánh răng giảm tốc
thì có thể thay thế Jm trong các công thøc b»ng J.
Ta cã thÓ viÕt

(s) (s) T (s)0  (s) V (s)0
L

a

(12)
Để tính đáp ứng (t), cho TL = 0 (không có can nhiễu và
B = 0) và thế Va(t) = A, nh vËy Va(s) = A/s; ta cã:

 (t)

A
1 e t /
Kb



m

(13)
Trong trờng hợp này lu ý rằng hằng số cơ m phản ánh khả
năng của mô-tơ khi thắng độ quán tính Jm nhanh bao nhiêu
để đạt tới trạng thái xác lập với tốc độ không đổi ở thế Va.
Từ đẳng thức trên tính đợc giá trị cuối cùng của tốc độ là
(t) A / K b . Khi m tăng lên dẫn tới tăng thời gian đạt tới trạng
thái xác lập.
Nếu ta tác động một tải có độ xoắn không đổi D lên
hệ, thí dụ TL = D/s, thì đẳng thức trên sẽ trở thµnh:

 (t) 

R D
1 
 A  a  1  e t /
Kb 
Km 



m


79


Đẳng thức này chứng tỏ rằng can nhiễu TL tác động tới

tốc độ xác lập của mô-tơ. Tốc độ cuối cùng đó là:

final

R D
1
A a
Kb
Km

(14)
1.2. Điều khiển tốc độ mô-tơ: đáp ứng vòng kín
(close loop)
Khi đặt tải lên mô-tơ, tốc độ của mô-tơ sẽ phụ thuộc
mạnh vào giá trị lực xoắn TL. Do vËy, ®Ĩ cã thĨ ®iỊu
khiĨn tù ®éng tèc ®é ổn định cho mô-tơ, cần phải sử
dụng một bộ điều khiển phản hồi nh kiểu điều khiển tỷ lệ
trình bày trên hình 10.
Bộ điều khiển bao gồm một cảm biến tốc độ mô-tơ,
một bộ khuếch đại với hệ số khuếch đại K và sơ đồ khối
điều khiển của hệ thống đợc trình bày trên hình 11.
JL

Hp bỏnh rng
gim tc

Jm

+

B
khuch i

vin(t)

-

Mụ-t

va(t)

Cm bin
Tachometer

Phn hi

Hình 10. Điều khiển phản hồi mô-tơ một chiều có mắc tải JL

E(s)

Vin(s)
+
-

K

Va(s)
+

Vb(s)

Km
La s Ra

-

TL(s)

+
T(s)

Kb
Kt

80

1
Js B

(s)

Kt

Vout(s)


Hình 11. Sơ đồ khối điều khiển tốc độ mô-tơ một chiều có mắc
tải

Khi coi lợng vào đợc biến đổi từ thế Vin ra tốc độ in; giả

sử dùng cảm biến tốc độ là tachometer có hệ số khuếch
đại Kt; giả sử La = 0 và cho một bớc nhảy lợng vào in = A/s
cũng nh giá trị lực xoắn TL = D/s; ta có thể tính đợc tốc độ
cuối cùng của mô-tơ là:

final

AKKmK t
RaD

K mK b Ra B  K t K mK K mK b  Ra B  K t K mK

(15)
NÕu K  thì final A.
1.3. Điều khiển vị trí của trục quay mô-tơ
Đáp ứng vị trí trong trờng hợp điều khiển vòng hở có thể
nhận đợc bằng việc tích phân đáp ứng tốc độ. Do vậy, từ
hình 9, ta có (s) = (s)/s. Do vậy hàm truyền vòng hở là:

Km
(s)

2
Va (s) s(La J ms  (La B  Ra J m)s  Ra B  K mK b )
Víi La nhỏ đáp ứng thời gian trong trờng hợp này lµ:

 (t) 

A
1  me t / m   m

Kb





Đẳng thức này chứng tỏ trục mô-tơ sẽ quay với tốc độ
không đổi mà không dừng lại. Để điều khiển trục mô-tơ
quay đến một vị trí nào đó thì dừng, phải dùng một bộ
khuếch đại, thí dụ bộ khuếch đại tỷ lệ K mắc xen vào hệ
thống. Sơ đồ khối của hệ điều khiển cho trên hình 12. Hệ
bao gồm một cảm biến đo góc (thí dụ bộ lập mà quang). Để
đơn giản, thế vào có thể chuyển thành vị trí vào in(s)
nhằm cho lợng vào và lợng ra có cùng đơn vị.

81


Vin(s)

E(s)

+
-

K

Va(s)
+

Km
La s Ra

-

T(s)

1
Js B

1
s

(s)

Vb(s)

Kb
Ks
Hinh 12. Sơ đồ khối của hệ điều khiển vị trí trục quay mô-tơ

Hàm truyền vòng kín trong trờng hợp này bằng:

m(s)

in (s)

KK mK s
Ra








 es  1  J ms2   B 

K bK m  KK mK s 
s 

Ra 
Ra 

(16)
Khi La nhá, ta cã:

KK mK s
 m(s)
Ra J

 in (s)
 R B  K mK b  KK mK s
 s 
s2   a
Ra J m
Ra J m

(17)

1.4. Thực nghiệm ảo điều khiển tốc độ và vị trí
trục quay mô-tơ
1.4.1. Giới thiệu chơng trình SIMLab:
Chơng trình SIMLab là phần mềm mô phỏng đà đợc cài
đặt sẵn trong MATLAB, cho phép thực hiện các nghiên cứu
về điều khiển mô-tơ một chiều. HÃy thực hiện các bớc sau
để chạy chơng trình:
1. Chạy chơng trình MATLAB, bấm đúp vào hình tợng
MATLAB 7.0 trên desktop của máy tính.
82


2. Trong cưa sỉ Command Window, chun ®Õn th
mơc Simlab và chạy phần mềm bằng các câu lệnh:
cd C:\acsys2002\simlab
simlab

3. Giao diện SIMLab cho ta các phím nhấn (button)
nhảy vào các chơng trình điều khiển tốc độ (Experiment
#1: Speed Control) và điều khiển vị trí trục quay
(Experiment #2: Position Control). Nhấn vào phím tơng
ứng cần thiết.

Trong trờng hợp ®iỊu khiĨn tèc ®é ta sÏ cã giao diƯn
nh sau:

83

Nhấn vào phím Enter Model Parameter cho phép
nhảy vào chơng trình Simulink mô phỏng điều khiển tốc
độ môtơ.
Vào cửa sổ Simulation, chän Configuration
Parameter cho phÐp chän thêi gian thùc nghiÖm (khởi phát
START TIME, kết thúc STOP TIME, v.v...).
Nhấn đúp vào các hình tợng DC Motor (Speed
Output) cho phép nhảy vào bảng chọn các thông số của
mô-tơ.
Nhấn đúp vào hình tợng PID cho phép nhảy vào bảng
chọn các hệ số tỷ lƯ Kp, KI vµ KD.
Vµo cưa sỉ Simulation, nhÊn START (hay bÊm phÝm
bµn phÝm Control - T) cho phÐp khëi phát thực nghiệm mô
phỏng.
84


Nhấn vào phím Plot Speed Response sẽ cho ta đồ thị
biểu diễn sự phụ thuộc của tốc độ mô-tơ theo thời gian với
các thông số đợc chọn. Thí dụ hình dới đây là kết quả của
việc chọn Kp = 1, KI = 125; KD = 0.

Trong trờng hợp điều khiĨn vÞ trÝ, ta sÏ cã giao diƯn
nh sau:
85


86

Hai chức năng Enter Model Parameters và Plot Position
Response giống nh điều khiển tốc độ. Còn nếu nhấn phím
Animate Position Response sẽ cho phép hiện ảnh hoạt
hình mô phỏng chuyển động của cần gắn với trục xoay
mô-tơ đến một góc xác định.

Trục môtơ

Cần tay
máy

1.4.2. Yêu cầu thực nghiệm:
- Vào chơng trình điều khiển tốc độ, đặt tốc độ cần
thiết, đặt thời gian quan sát.
- Giữ nguyên các thông số của mô-tơ, thay đổi các hệ
số KP, KI và KD. Quan sát kết quả đáp ứng quá độ của các trờng hợp. Vẽ đồ thị phụ thuộc thời gian tiến đến trạng thái
xác lập của tốc độ và ghi nhận xét.
- Tìm giá trị các hệ số PID sao cho hệ tiến tới trạng thái
xác lập một cách tối u (tiến tới tốc độ xác lập đủ nhanh,
không xảy ra dao động, không xảy ra quá ngỡng, không còn
sai lệch tĩnh). Cho nhận xét.
- Thực hiện các bớc kể trên cho việc điều khiển vị trí
quay trục với góc 160.
2. Khảo sát quá trình điều khiển PID bằng mạch
điện tử
2.1. Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động
87

Bộ thực nghiệm nghiên cứu luật điều khiển PID đợc lắp
sẵn trong một mô-đun thực nghiệm PID-Electronic Circuit
Control. Sơ đồ nguyên lý của mạch cho trong hình 13.
Trong đó:
- Mạch so sánh thế đặt (Vref) với thế phản hồi về từ đối
tợng Vsens đợc điều khiển gồm 2 khuếch đại thuật
toán (KĐTT) U1A và U1B.
- Mạch PID bao gồm 3 KĐTT thực hiện các chức năng P, I
và D là U2A, U2B và U3A. KĐTT U3B có chức năng là bộ
tổng.
- 2 KĐTT U5A và U5B là đối tợng vật lý . Đặc tính tần số
của nó tơng đơng với một bộ lọc tần thấp bậc 1 hoặc
bậc 2.
- KĐTT U4A là một bộ đệm giao tiếp mạch với một cơ
cấu chấp hành nào đó.
2.2. Thực nghiệm:
Thiết bị thực nghiƯm:
- Bé thùc nghiƯm “PID-Electronic Circuit Control”.
- M¸y ph¸t sãng chức năng FC-36, Máy hiện sóng 2
kênh.
Nhiệm vụ: đo đặc khảo sát các đáp ứng tần số
của các mạch trong bộ thực nghiệm, từ đó điều chỉnh và
tìm ra các hệ số điều khiển mong muốn.
2.2.1. Khảo sát mạch hệ thống vật lý:
Đặt vị trí các công tắc theo nh bảng sau:
Công tắc
S1
S2
S3
S4

Trạng thái
OFF
OFF
OFF
L

Công tắc
S5
S6
S7
S8

Trạng thái
R
L hoặc R
L
R

Dùng tín hiệu hình sin với tần số biến đổi từ gần một
chiều DC đến 1 MHz để đo đáp tuyến tần sè cđa hƯ vËt
lý víi mét bé läc (S6 = R) vµ hai bé läc (S6 = L) vµ víi các
hằng số thời gian khác nhau (điều chỉnh bằng các biÕn trë
88


R18 và R20). Lối ra máy phát (OUTPUT/50 ) và kênh 1 máy
hiện sóng nối với lối vào EXTERNAL, kênh 2 m¸y hiƯn sãng
nèi víi lèi ra Vsens.

89


1

2

3

PID
4

R7

D

U 02A

R6

D

1

3

8

2
1

U 01B

R1
10K

TL082
8

10K

C1

TL082
R9

6

U 02B
S2

6

10K
1K

C

7

5

5

TL082

R12 100K

R3

R14

7

R17

10K

TL082
10K

D

U 03B

10nF

R4

Actuator

R16

10K

100K

R2

1M

R8

7

6

10K

R14

R10

5

4

4

TL082

U 01A

3

100K
S1

2

10K

Vref

4

U 04 A
2

R13

100

C

1

3

1K
C3

8

TL082
R15

10pF

S7

10K

R
4

L

C2

R11

1nF

S8

U 03A
S3

2

330

S4

L

1

R

L

R

3

Vsens
8

TL082

B

S6
L

B

R

Physical system

R20

External

S5

R

4

L
U 05B

U 05A
R21

5
1K

TL082
1M
A

C5
10nF

2
100K

1

R19

3

1K

TL082
8

6
7

R18
100K

1M
C4
10nF

Title
Size

A
Number

Revision

A4

90

Date:
File:

1

Hình
13. Sơ đồ mạch điện tử điều khiển
PID
2
3

29-Nov-2002
C:\Documenti\trinhcd\pids\Pids.Ddb

Sheet of
Drawn By:
4


2.2.2. Khảo sát điều khiển tỷ lệ
Đặt vị trí các công tắc theo nh bảng sau:
Công tắc
S1
S2
S3
S4

Trạng thái
ON
OFF
OFF
L

Công tắc
S5
S6
S7
S8

Trạng thái
L
L hoặc R
R
R

Dùng tín hiệu hình vuông có tần số 500 Hz, biên độ 100 mV, nối với
lối vào Vref. Dùng kênh 1 và 2 của máy hiện sóng để quan sát dạng tín
hiệu trên Vref và lối ra Vsens.
Điều chỉnh hệ số khuếch đại của U2A bằng biến trở R7 (K P) cho tới khi
có đáp ứng tốt ở lối ra (quan sát sờn lên của các xung). Dùng các giá trị
linh kiện trên sơ đồ và giá trị R7, xác định giá trị K P (chính bằng hệ số
khuếch đại của mạch KĐTT)..
Thay đổi tần số tín hiệu, giải thích điều quan sát đợc.
2.2.3. Khảo sát điều khiển tích phân
Đặt vị trí các công tắc theo nh bảng sau:
Công tắc
S1

S2
S3
S4

Trạng thái
OFF
ON
OFF
L

Công tắc
S5
S6
S7
S8

Trạng thái
L
L hoặc R
R
R

Mắc máy phát và máy hiện sóng nh trờng hợp trên. Điều chỉnh R8
(quyết định h»ng sè thêi gian tÝch ph©n) cho tíi khi phï hợp giữa Vref và
Vsens. Lặp lại thực nghiệm với các đáp ứng tần số hệ vật lý khác nhau
(hằng số thời gian của 2 mạch lọc 1 và 2 khác nhau với các giá trị R18 và
R20 khác nhau), khảo sát sự phụ thuộc của I vào 1 và 2.
2.2.4. Khảo sát điều khiển tỷ lệ - tích phân
Đặt vị trí các công tắc theo nh bảng sau:
Công tắc

S1
S2
S3
S4

Trạng thái
ON
ON
OFF
L

Công tắc
S5
S6
S7
S8

Trạng thái
L
L hoặc R
R
R

Mắc máy phát và máy hiện sóng nh trờng hợp trên. Điều chỉnh hệ số
khuếch đại (K7) và hằng số thời gian I (R8) để xác định các hệ số tỷ lệ
KP và KI = 1/I cho trờng hợp tối u.
Thay đổi tần số tín hiệu, giải thích điều quan sát đợc.
2.2.5. Khảo sát điều khiển PID
Đặt vị trí các công tắc theo nh bảng sau:
Công tắc

S1

Trạng thái
ON

Công tắc
S5

Trạng thái
L

91