Đồ án điều khiển tốc độ động cơ dc trên cơ sở phần mềm labview

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1

ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC
TRÊN CƠ SỞ PHẦN MỀM LABVIEW

Giảng viên hướng dẫn : Th.S TRẦN VĂN TRINH
Sinh viên thực hiện:
Lớp

: ĐHĐT3A

MSSV :

07703181

Khoá

2007-2011

:

NGUYỄN TIẾN


TP. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2010

SVTH : NGUYỄN TIẾN


BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1

ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC
TRÊN CƠ SỞ PHẦN MỀM LABVIEW

Giảng viên hướng dẫn : Th.S TRẦN VĂN TRINH
Sinh viên thực hiện:
Lớp

NGUYỄN TIẾN

: ĐHĐT3A

MSSV :

07703181

Khố

2007-2011

:

TP. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2010


LỜI MỞ ĐẦU
Trong q trình cơng nhgiệp hóa- hiện đại hóa đất nước. Tự động hóa là yếu tố
khơng thể thiếu trong một nền cơng nghiệp hiện đại. Nói đến tự động hóa thì máy tính là
một cơng cụ hỗ trợ đắc lực nhất và không thể thiếu được trong rất nhiều lĩnh vực, đặc biệt
trong đo lường và điều khiển.
Việc ứng dụng máy tính vào kỹ thuật đo lường và điều khiển đã đem lại nhiều kết
quả đầy tính ưu việt. Các thiết bị, hệ thống đo lường và điều khiển ghép nối với máy tính
có độ chính xác cao, thời gian thu thập dữ liệu ngắn. Nhưng điều đáng quan tâm nhất là
mức độ tự động hóa trong việc thu thập và xử lý kết quả đo, kể cả việc lập bảng thống kê,
đồ họa, cũng như in ra kết quả. Để đo lường và điều khiển hệ thống thì ngồi các thiết bị
ghép nối với máy tính, cịn có Smột chương trình nạp vào máy tính để xử lý và điều khiển
quá trình hoạt động của hệ thống.
Việc ứng dụng máy tính vào trong các hệ thống truyền động điều khiển tốc độ, vị
trí ngày càng phổ biến. Ví dụ như trong các dây truyền lắp ráp các sản phẩm kỹ thuật cao,
trong việc gia công sản phẩm có hình dạng, kích thước được vẽ trước trên máy tính, trong
cơ cấu truyền động cho tay máy, người máy, cơ cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại quay
anten, kính viễn vọng, trong các hệ thống bám, tùy động,…
LabVIEW là một ngơn ngữ lập trình chun nghiệp trong lĩnh vực tự động hóa,  là
một mơi trường lập trình cho phép tạo ra các chương trình sử dụng kí hiệu đồ họa giúp tạo
lên những giao diện chương trình chuyên nghiệp.  Nó chứa đựng rất nhiều khả năng, sức
mạnh khi phát triển và thực thi các ứng dụng tự động hóa: đo lường, thu thập, phân tích,
xử lí dữ liệu... Thế giới thiết bị ảo của labVIEW rất gần gũi và liên kết chặt chẽ với thế
giới điều khiển tự động thực.

SVTH : NGUYỄN TIẾN

LỜI CẢM ƠN

Để hồn thành được đề tài này thì trước tiên em xin chân thành cảm ơn Ban giám
hiệuTrường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM, các thầy cô trong Ban giám hiệu Khoa Điện
và các thầy cô bộ môn đã tạo điều kiện cho em được học tập và đã truyền thụ nhiều kiến
thức cho em làm nền tảng học vấn. Sau đó là em vơ cùng cảm ơn thầyTrần Văn Trinh là
người thầy đã trực tiếp định hướng và hướng dẫn em nghiên cứu về một lĩnh vực khá là
rộng, với khối lượng công việc lớn đốivới em.
Tất cả bạn bè đã giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình làm đồ án. Do kinh
nghiệm và trình độ cịn hạn chế,phần thể hiện và trình bày cịn nhiều khiếm khuyết. Kính
mong q Thầy cơ bỏ qua.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Tiến

SVTH : NGUYỄN TIẾN


NHẬN XÉT
(Của giảng viên hướng dẫn)

...........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................

SVTH : NGUYỄN TIẾN


NHẬN XÉT
(Của giảng viên phản biện)

...........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................

SVTH : NGUYỄN TIẾN


MỤC LỤC
Lời mở đầu:
Trang
Chương 1: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU........1
1.1 Cấu tạo cơ bản máy điện một chiều..............................................1
1.1.1 Cấu tạo.......................................................................................1
1.1.2 Nguyên lý làm việc của dộng cơ điện một chiều.......................1
1.2 Điều khiển động cơ DC ..............................................................1
1.2.1Khái niệm chung.........................................................................1
1.2.2 Phân loại động cơ điện một chiều..............................................2
1.2.3 Các phương trình cơ bản của máy điện một chiều....................3
1.3 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ DC.........................7
1.3.1 Điều khiển điện áp phần ứng.....................................................7
1.3.2 Điều khiển từ thông...................................................................8
1.3.3 Điều khiển hỗn hợp điện áp phần ứng và từ tong kích từ..........8
1.3.4 Điều khiển điện trở phần ứng............................................9
Chương 2: THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN PID...........................11

2.1 Điều khiển PID liên tục..............................................................11
2.2 Dạng rời rạc của bộ điều khiển PID...........................................12
2.2.1 Sự hiệu chỉnh thực tế của bộ điều khiển..................................13
2.2.2 Kỹ thuật antiwindup bộ tích phân............................................16
2.2.3 Chức năng cụ thể của các thành phần trong PID.....................16
Chương 3: LẬP TRÌNH TRONG MƠI TRƯỜNG LABVIEW.22
3.1 Khái qt chung về phần mềm labview......................................22
3.1.1 Giới thiệu.................................................................................22
3.1.2 Thiết bị ảo (VI- Vitual Instrument).........................................22
3.1.3 Front Panel...............................................................................22
3.1.4 Block Diagram.........................................................................22
3.2 Kỹ thuật lập trình labview......................................................23

SVTH : NGUYỄN TIẾN


3.2.1 Khởi động chương trình...........................................................23
3.2.2 Các cơng cụ hỗ trợ lập trình.....................................................24
Chương 4: GIỚI THIỆU VỀ CARD GIAO TIẾP MÁY TÍNH.24
4.1 Thơng số kỹ thuật.......................................................................26
4.2 Cách sử dụng..............................................................................30
Chương 5: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ GIAO DIỆN
ĐIỀU KHIỂN....................................31
5.1 Phương án thiết kế......................................................................31
5.1.1 Yêu cầu thiết kế.......................................................................31
5.1.2 Thiết kế....................................................................................31
5.1.3 Động cơ DC sử dụng cho mạch phần cứng.............................31
5.1.4 Phương pháp điều khiển..........................................................32
5.2 Sơ đồ mạch phần cứng................................................................33
5.2.1 Công dụng từng linh kiện trong mạch.....................................34

5.2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch...............................................36
5.3 Giao diện điều khiển bằng máy tính...........................................35
5.3.1 Front Panel và Block diagram của chương trình.....................35
5.3.2 Các khối lập trình thơng dụng.................................................35
5.4 Code điều khiển dựa vào giải thuật............................................38
5.4.1 Yêu cầu đặt ra..........................................................................38
5.4.2 Giải quyết từng vấn đề.............................................................39
5.5 Giao diện điều khiển trên máy tính.............................................42
5.6 Kết quả đạt được.........................................................................45
KẾT LUẬN
PHỤ LỤC
DANH MỤC TÀI LIỆU TAM KHẢO

SVTH : NGUYỄN TIẾN

`


CHƯƠNG 1: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1

CẤU TẠO CƠ BẢN MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.1.1 Cấu tạo
Cấu tạo của động cơ điện gồm stator, rotor và hệ thống chổi than – vành góp.
Stator bao gồm vỏ máy, cực từ chính, cực từ phụ, dây quấn phần cảm (dây quấn kích
thích ) gồm các bối dây đặt trong rãnh của lõi sắt1. Số lượng cực từ chính phụ thuộc tốc
độ quay. Đối với động cơ công suất nhỏ người ta có thể kích từ bằng nam châm vĩnh cửu.
Rotor (cịn gọi phần ứng) gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại các rãnh để đặt
các phần tử của dây quấn phấn ứng. Điện áp một chiều được đưa vào phần ứng qua hệ

thống chổi than – vành góp. Kết cấu của giá đỡ chổi than có khả năng điều chỉnh áp lực
tiếp xúc và tự động duy trì áp lực tùy theo độ mòn của chổi than.
Chức năng của chổi than – vành góp là để đưa điện áp một chiều vào cuộn dây
phần ứng và đổi dòng điện trong cuộn dây phần ứng. Số lượng chổi than bằng số lượng
cực từ (một nửa có cực tính dương và một nửa có cực tính âm).
1.1.2 Ngun lý làm việc của động cơ điện một chiều
Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp kích từ Uk nào đó thì trong dây quấn kích
từ sẽ xuất hiện dịng kích từ i k và do đó mạch từ của máy sẽ có từ thơng

. Tiếp đó đặt

một giá trị điệ áp U lên mạch phần ứng thì trong dây quấn phấn ứng sẽ có một dịng điện I
chạy qua. Tương tác giữa địng điện phần ứng và từ thơng kích thích tạo thành mơmen
điện từ. Giá trị mơmen điện từ được tính như sau:

Trong đó các p: số đơi cặp cực của động cơ.
n: số thanh đẫn phần ứng dưới một cực từ.
a: số mạch nhánh song song của dây quấn phần ứng.
k: hệ số kết cấu của máy.
Và mômen điện từ này kéo cho phần ứng quay quanh trục.
1.2

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC

1.2.1 Khái niệm chung
Điều khiển tốc độ là một yêu cầu: cần thiết tất yếu của các máy sản xuất. Ta biết
rằng hầu hết các máy sản xuất địi hỏi có nhiều tốc độ, tùy theo từng công việc, điều kiện
SVTH : NGUYỄN TIẾN

1

làm việc mà ta lựa chọn các tốc độ khác nhau để tối ưu hóa q trình sản xuất. Muốn có
được các tốc độ khác nhau trên máy ta có thể thay đổi cấu trúc của máy như tỉ số truyền
hoặc thay đổi tốc độ của chính dộng cơ truyền động.
Tốc độ làm việc của động cơ do người điều khiển quy định được gọi là tốc độ đặt.
Trong quá trình làm việc, tốc độ của động cơ có thể bị thay đổi vì tốc độ của động cơ phụ
thuộc rất nhiều vào các thong số nguồn, mạch và tải nên khi các thơng số thay đổi thì tốc
độ động cơ sẽ bị thay đổi theo. Tình trạng đó gây ra sai số về tốc độ và có thể khơng cho
phép. Để khắc phục người ta dùng những phương pháp ổn định tốc độ.
Độ ổn định tốc độ còn ảnh hưởng quan trọng giải đièu chỉnh (phạm vi điều chỉnh
tốc độ ) và khả năng quá tải của động cơ. Độ ổn định càng cao thì khả năng mở rộng và
mơmen q tải càng lớn.
Có rất nhiều phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ như:
Điều chỉnh tham số.
Điều chỉnh điện áp nguồn.
Điều chỉnh cấu trúc sơ đồ.
1.2.2 Phân loại động cơ điện 1 chiều

-

Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: cuộn dây kích từ được mắc nối tiếp với
phần ứng.

SVTH : NGUYỄN TIẾN

2


-

Động cơ điện một chiều kích từ song song: cuộn dây kích từ được mắc song song
với phần ứng.

SVTH : NGUYỄN TIẾN

3


-

Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: gồm có hai cuộn dây kích thích, một
cuộn mắc nối tiếp với phần ứng, cuộn còn lại song song với phần ứng.

1.2.3 Các phương trình cơ bản của máy điện một chiều:
Suất điện động phần ứng

E=K

(1)

Điện áp phần ứng

U= E+RƯIƯ (2)

Mômen phần ứng

M= K

(3)

Trong đó:
-

U: điện áp của lưới điện một chiều
E: suất điện động cảm ứng trong cuộn dây rotor khi nó quay trong từ trường do
cuộn dây kích từ tạo ra.
: từ thơng trên mỗi cực (Wb)

-

IƯ: dịng phần ứng (A)
U: điện áp phần ứng (V)
RƯ: điện trở phần ứng (Ω)

-

: tốc độ động cơ(rad/s)

-

: mômen phần ứng của động cơ (Nm)

-

: hằng số, phụ thuộc cấu trúc động cơ

SVTH : NGUYỄN TIẾN

4

Từ cơng thức (1) và (3), ta có:
(4)
Hay

(5)

Với động cơ một chiều kích từ độc lập, nếu điện áp kích từ được duy trì khơng
đổi, có thể giả thiết rằng từ thông động cơ không đổi khi mômen động cơ thay đổi.Khi đó
ta có:
K =constant (6)
Như vậy đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập là một đường thẳng. Tốc
độ không tải của động cơ xác định bởi điện áp cung cấp U và từ thơng kích từ K . Tốc độ
động cơ giảm khi mômen tải tăng và độ ổn định tốc độphụ thuộc vào điện trở phần ứng
RƯ. Trong thực tế do phản ứng phần ứng, từ thông giảm do mômen tăng dẫn đến tốc độ
động cơ suy giảm ít hơn là tính tốn theo cơng thức trên. Với mơmen lớn từ thơng có thể
suy giảm đến mức độ dốc đặc tính cơ trở nên dương dẫn đến hoạt động khơng ổn định. Vì
vậy, cuộn bù thường hay được sử dụng để làm giảm hiệu ứng khử từ của phản ứng phần
ứng. Với động cơ cơng suất trung bình, độ sụt tốc khi tải định mức so với khi không tải
khoảng 50%.
Với động cơ một chiều kích từ nối tiếp, từ thơng

là một hàm của dòng phần ứng.

Nếu giả thiết động cơ hoạt dộng trong vùng tuyến tính của đặc tính từ hóa, có thể xem từ
thơng tỉ lệ bậc nhất với dịng phần ứng, nghĩa là:
=KktI (7)
Thay (7) vào (1), (4) vào (5) ta được:
M= KKktI2Ư

(8)
(9)

(10)
Rư lúc này là tổng của điện trở mạch phần ứng và điện trở phần kích từ.
SVTH : NGUYỄN TIẾN

5


Đặc tính của động cơ một chiều kích từ nối tiếp được vẽ như hình trên . Có thể
thấy rằng tốc độ của động cơ suy giảm nhiều theo mômen tải. Tuy nhiên trong thực tế, các
động cơ tiêu chuẩn thường được thiết kế làm việc tại các cánh chỏ (Knê-point) của đặc
tính từ hóa khi mang tải định mức. Với tải trên định mức, mạch từ động cơ bão hịa, khi
đó từ thơng

khơng thay đổi nhiều theo dịng tải

dẫn đến đặc tính cơ tiệm cận với

đường thẳng.
Động cơ một chiều kích từ nối tiếp thích hợp cho các ứng dụng địi hỏi momen
khởi động cao và có thể q tải nặng. Với momen tải nặng, từ thông động cơ cũng tăng
theo. Như vậy với cùng một lượng gia tăng của momen như nhau, dòng phần ứng

của

động cơ một chiều kích từ nối tiếp sẽ tăng ít hơn so với động cơ kích từ độc lập. Do đó,
trong điều kiện quá tải nặng, sự quá tải của nguồn cung cấp và sự quá nhiệt của động cơ

cũng ít hơn so với động cơ kích từ độc lập.
Theo cơng thức (10), tốc độ động cơ kích từ nối tiếp tỷ lệ nghịch với căn bặc hai
của momen. Vì vậy tốc độ động cơ khi khơng tải có thể tăng lên rất cao, chỉ bị hạn chế
bởi từ dư của động cơ và có thể gấp hàng chục lần tốc độ định mức. Điều này không cho
phép với máy điện – thường chỉ cho phép hoạt động gấp hai lần tốc độ định mức. Do đó
động cơ kích từ nối tiếp khơng được dùng với các ứng dụng trong đó momen tải có thể
nhỏ đến mức làm tốc độ động cơ vượt mức giới hạn cho phép.
SVTH : NGUYỄN TIẾN

6


Đặc tính của động cơ một chiều kích từ hỗn hợp có dạng như biểu diễn hình trên.
Tốc độ khơng tải của động cơ phụ thuộc vào dịng kích từ qua cuộn song song, trong khi
độ dốc đặc tính cơ phụ thuộc vào sự phối hợp giữa cuôn song song và cuộn nối tiếp. Động
cơ kích từ hỗn hợp được sử dụng trong những ứng dụng cần có đặc tính cơ tương tự động
cơ kích từ nối tiếp đồng thời cần hạn chế tốc độ không tải ở một giá trị giới hạn thích hợp.
1.3

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC
Từ công thức (5) biểu diễn quan hệ giữa tốc độ - momen động cơ, ta có thể thấy
rằng tốc độ động cơ có thể được điều khiển bằng ba phương pháp sau:

1. Điều khiển điện áp phần ứng
2. Điều khiển từ thông
3. Điều khiển điện trở phần ứng
1.3.1 Điều khiển điện áp phần ứng
Đặc tính cơ tĩnh của động cơ kích từ độc laạp và kích từ nối tiếp khi điều chỉnh
điện áp cung cấp cho phần ứng động được vẽ như hình sau:

Các đặc tính này suy ra từ công thức (5) với điện áp U thay đổi. Bằng cách thay
đổi điện áp phần ứng, động cơ có thể làm việc tại bất kì tốc độ, momen nằm giữa đường
đặc tính cơ tự nhiên và trục momen. Vì điện áp phần ứng chỉ có thể điều chỉnh dưới định
mức, phương pháp này chỉ dùng để điều chỉnh động cơ hoạt động với các đặc tính thấp
hơn hoặc đặc tính tự nhiên.
Tính chất quan trọng của phương pháp này lá độ cứng đặc tính cơ khơng thay đổi
khi tốc độ động cơ được điều chỉnh. Điều này khiến hệ có khả năng đáp ứng với tải có

SVTH : NGUYỄN TIẾN

7


momen hằng số vì dịng phần úng cực đại cho phép

- tương ứng với nó là momen

tải cực đại cho phép- của động cơ không đổi với mọi tốc độ.
Điện áp phần ứng động cơ có thể được điều khiển bằng cách sử dụng:
-

Máy phát DC (hệ máy phát –động cơ)

-

Bộ chỉnh lưu có điều khiển (AC DC)

-

Bộ Chopper (bộ biiến đổi xung áp) (DC DC

1.3.2 Điều khiển từ thông
Điều khiển từ thông được sử dụng khi cần tăng tốc độ làm việc của động cơ cao
hơn tốc độ định mức. Có thể thấy điều đó qua cơng thức (5).
Tốc độc cao của động cơ đạt được khi giảm từ thông bị hạn chế bởi:
-

Sự không ổn định của động cơ gây ra bởi ảnh hưởng của phản ứng phần ứng
Giới hạn về mặt cơ khí của dộng cơ: các động cơ thông thường cho phếp tốc độ đạt
đến 1,5-2 lần tốc độ định mức. Một số động cơ chế tạo đặc biệt cho phép tốc độ
cao nhất đạt tới 6 lần định mức.

Đối với động cơ Dc kích từ độc lập và song song, công suất cực đại cho phép của
động cơ gần như không đổi với mọi tốc độ khi điều khiển từ thơng. Có thể thấy điều này
nếu giả thiết là dòng cực đại cho phép, I của động cơ không thay đổi khi điều chỉnh từ
thông và điện áp cung cấp cho phần ứng, U là định mức. Khi đó , sức điện động của động
cơ, E= U –RI là hằng số. Vì vậy cơng suất điện từ cực đại cho phép của động cơ sẽ biến
thiên tỉ lệ nghịch với tốc độ.
Với động cơ DC kích từ độc lập, việc điều khiển kích từ được điều khiển bằng
cách thay đổi điện áp từ với bộ chỉnh lưu có điều khiển hoặc bộ chopper, tùy theo nguồn
cung cấp được sử dụng là AC hoặc DC. Với động cơ cơng suất nhỏ, cũng xó thể nối tiếp
biến trở vào mạch kích từ đẻ điều khiển từ thơng.
Với động cơ DC kích từ nối tiếp, việc điều khiển từ thông được thực hiện bằng
cách thay đổi điện trở song song với cuộn kích từ. Một số động cơ kích từ nối tiếp có
cuộn kích từ nhiều đầu ra, và do đó có thể thay đổi từ thơng bằng cách thay đổi số vịng
dây cuộn kích từ.
1.3.3 Điều khiển hỗn hợp điện áp phần ứng và từ tong kích từ.
Phương pháp này được sử dụng khi cần thiết điều chỉnh tốc độ động cơ trong một
dải rộng trên và dưới tốc độ định mức. Tốc độ dưới tốc độ định mức được điều khiển

SVTH : NGUYỄN TIẾN

8


bằng cách thay đổi điện áp phần ứng trong khi giữ kích từ ở giá trị định mức. Tốc độ trên
định mức được biểu diễn bằng cách thay đổi điện áp kích từ.
Giới hạn của momen và cơng suất ra khi điều khiển hhỗn hợp điện áp phần
ứng và từ thơng kích từ

1.3.4 Điều khiển điện trở phần ứng
Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập và nối tiếp khi điều khiển tốc độ bằng
cách thêm điện trở phụ vào phần ứng.

SVTH : NGUYỄN TIẾN

9


Khuyết điểm chính của phương pháp này là có hiệu suất của hệ thống rất kém và
độ cứng đặc tính cơ thấp, nhất là hoạt động ở tốc độ thấp. Do đó, phương pháp này hiện
nay ít được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ, trừ các trường hợp:
-

Khởi động động cơ
Thay đổi tốc độ động cơ trong một thời gian ngắn trong chế độ ngắn hạn hoặc chế
độ ngắn hạn lặp lại.

SVTH : NGUYỄN TIẾN

10


CHƯƠNG 2: THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN PID
Bộ điều khiển PID (vi tích phân tỉ lệ) rất hay dùng trong các hệ thống điều khiển.
Vì nó tăng chất lượng đáp ứng của hệ thống với các ưu điểm sau: PID là sự kết hợp ưu
điểm của hai khâu PD và PI , nó làm giảm thời gian xác lập, tăng tốc độ đáp ứng của hệ
thống, giảm sai số xác lập, giảm độ vọt lố,…
2.1

ĐIỀU KHIỂN PID LIÊN TỤC

Điều khiển PID là cấu trúc điều khiển thông dụng nhất trong các quy trình điều khiển.
Đầu ra của điều khiển là tổng của ba thành phần. Thành phần thứ nhất U P(t) là tỷ lệ giữa
hai số đầu ra của hệ thống thựcvới giá trị tham chiếu (giá trị đặt). Thành phần thứ hai
UI(t) là tích phân theo thời gian của sai số và thành phần thứ ba U D(t) là đạo hàm của sai
số thời gian
Hàm điều khiển:

Trong đó K là độ lợi, Ti là hệ số của khâu tích phân sai số, T d là hệ số của khâu đạo hàm
và

là biến tích phân. Giá trị u0 là giá trị xác định trị trung bình biên độ tín hiệu xác thực.

Một vài quy trình điều khiển, đặc biệt là các quy trình cũ, có khoảng tỉ lệ
(proportional band) được đặt thay vì là độ lợi điều khiển. Proportional band PB (theo
phần trăm) được xác định là PB =100/K. Định nghĩa này chỉ áp dụng khi K là không thứ
nguyên .
Công thức của hàm điều khiển không chỉ ra giới hạn thực tế ở đầu ra. Điều khiển
sẽ đạt trạng thái bảo hòa khi ngõ ra đạt tới giới hạn vật lý umax hoặcumin. trong thực tế ngõ

ra của điều khiển tỉ lệ như sau:

SVTH : NGUYỄN TIẾN

11