Toàn bộ đồ án Điều khiển quá trìnhKèm code+File đính kèm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐTVT

ĐỒ ÁN MƠN HỌC ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH

NGHIÊN CỨU VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PID VÀ ÁP
DỤNG VÀO QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT.

Ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Chuyên ngành: TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: Trần Quang Vinh
Sinh viên thực hiện:

Trần Văn Hiệp 2051050109 TD20A
Lê Thành Dự 2051050083 TD20A
Lê Minh Đạt 2051050088 TD20A
Trần Quốc Bảo 2051050065 TD20A

TP. HCM, ngày 16 tháng 11 năm 2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐTVT

ĐỒ ÁN MƠN HỌC ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH

NGHIÊN CỨU VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PID VÀ ÁP
DỤNG VÀO QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT.

Ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Chuyên ngành: TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: Trần Quang Vinh TD20A
Sinh viên thực hiện: TD20A
2051050109 TD20A
Trần Văn Hiệp 2051050083 TD20A
Lê Thành Dự 2051050088
Lê Minh Đạt 2051050065
Trần Quốc Bảo

TP.HCM, ngày 16 tháng 11 năm 2023

GVHD: Trần Quang Vinh Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa

MỤC LỤC
Mục Lục Hình..................................................................................................................2
LỜI NĨI ĐẦU.................................................................................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ........................................................................4
1.1 Đặt vấn đề..............................................................................................................4
1.2 Lý do chọn đề tài ...................................................................................................5
1.3 Đối tượng nghiên cứu............................................................................................5
1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................................5
1.5 Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................5
CHƯƠNG 2. Cơ Sở Lý Thuyết ..................................................................................6
2.1. Giới thiệu chung về phần mềm Tia Protal ............................................................6
2.1.1. Giới thiệu chung.................................................................................................6
2.1.2. Những tính năng của Tia Protal .........................................................................7
2.1.3. Ưu nhược điểm của Tia Protal ...........................................................................7
2.2. Giới thiệu chung về wincc...................................................................................10

2.2.1. Giới thiệu chung...............................................................................................10
2.2.2. Những tính năng ca WinCC.............................................................................11
2.2.3. Các thành phần của dự án ................................................................................12
2.2.4. Tạo một dự án ..................................................................................................12
CHƯƠNG 3. THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN PID...................................................14
3.1. Thuật tốn điều khiển pid....................................................................................14
3.1.2. 5.1.2 Cấu trúc bộ điều khiển PID.....................................................................14
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN ........................................................................................17

1

GVHD: Trần Quang Vinh Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1. Màn hình khởi động của Tia Portal. ...................................................................6
Hình 2. Tia Portal Cloud .................................................................................................8
Hình 3. TIA Portal Integrator kết nối và tích hợp các robot của Siemens với các hệ
thống cấp cao hơn như PLC, HMI và SCADA ...............................................................8
Hình 4. Tia Protal Continous Integration cung cấp khả năng tiếp tục dự án ở nhiều nơi
khác nhau mà khơng bị gián đoạn ...................................................................................9
Hình 5. Tia Protal Standardization giúp tăng tính tương thichs và tính nhất quán giữa
các hệ thống tự động hóa.................................................................................................9
Hình 6. Phần mềm WinCC ............................................................................................10
Hình 7. Mơ phỏng trên WinCC .....................................................................................11
Hình 9. Cấu trúc bộ điều khiển PID ..............................................................................14
Hình 10. Ví dụ về sự ảnh hưởng của tham số P ............................................................15
Hình 11. Ví dụ về sự ảnh hưởng của tham số I .............................................................16
Hình 12. Sự ảnh hưởng của tham số D..........................................................................16

2

GVHD: Trần Quang Vinh Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa

LỜI NÓI ĐẦU

Trong lĩnh vực tự động hóa và điều khiển, việc nghiên cứu và áp dụng các
phương pháp điều khiển cơ bản là một phần quan trọng không thể thiếu. Trong bối
cảnh mạnh mẽ của công nghệ và sản xuất hiện đại, việc điều khiển áp suất đóng vai trị
quan trọng trong quá trình sản xuất và vận hành của nhiều hệ thống công nghiệp.

Nghiên cứu về phương pháp điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative)
đã trở thành một chủ đề nổi bật trong việc cải thiện hiệu suất của các hệ thống điều
khiển tự động. Phương pháp này cung cấp một cách tiếp cận linh hoạt và hiệu quả
trong việc điều chỉnh các thông số để duy trì hiệu suất ổn định và chính xác.

Đồng thời, việc áp dụng phương pháp điều khiển PID vào việc điều khiển áp suất
không chỉ đòi hỏi sự hiểu biết sâu rộng về nguyên lý điều khiển mà còn đòi hỏi khả
năng ứng dụng linh hoạt và tinh tế vào thực tế sản xuất.

Đề tài này tập trung vào việc khảo sát, phân tích và áp dụng phương pháp điều
khiển PID vào quá trình điều khiển áp suất, với mục tiêu cung cấp cái nhìn tổng quan
về sự ứng dụng và hiệu quả của phương pháp này trong việc điều khiển áp suất trong
các ứng dụng công nghiệp. Bằng việc tập trung vào các nguyên lý cơ bản của phương
pháp PID và áp dụng chúng vào các trường hợp cụ thể, đề tài hy vọng mang lại những
nhận thức quan trọng và áp dụng thực tiễn trong lĩnh vực điều khiển và tự động hóa.

Vì vậy, nghiên cứu về phương pháp điều khiển pid và áp dụng vào quá
trình điều khiển áp suất là đề tài nhóm sẽ nghiên cứu lần này.

3

GVHD: Trần Quang Vinh Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề
Trong lĩnh vực tự động hóa và điều khiển, việc duy trì và điều chỉnh áp suất là

một phần quan trọng của quá trình sản xuất trong nhiều ngành cơng nghiệp. Sự ổn
định và chính xác của áp suất cần thiết được duy trì để đảm bảo hiệu suất tối đa và an
toàn trong quá trình sản xuất.

Một trong những phương pháp phổ biến để điều khiển áp suất là sử dụng hệ
thống điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative). Tuy nhiên, mặc dù PID được
sử dụng rộng rãi, việc hiểu rõ về cách hoạt động của nó và cách áp dụng hiệu quả vào
việc điều khiển áp suất vẫn đang đối diện với một số thách thức

Các thách thức bao gồm:

Điều chỉnh tham số PID: Việc tinh chỉnh các thông số Proportional, Integral và
Derivative để đáp ứng yêu cầu cụ thể của từng quá trình sản xuất có thể là một nhiệm
vụ phức tạp và đòi hỏi kiến thức sâu rộng về hệ thống điều khiển.

Ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau: Các ứng dụng cụ thể của việc
điều khiển áp suất có thể khác nhau trong các ngành cơng nghiệp khác nhau. Sự khác
biệt này đòi hỏi sự linh hoạt và khả năng tùy chỉnh của phương pháp điều khiển PID.

Vì vậy, việc nghiên cứu sâu hơn về cách áp dụng và tối ưu hóa phương pháp điều
khiển PID vào quá trình điều khiển áp suất trở nên cực kỳ quan trọng. Bằng việc tập

trung vào các thách thức này, chúng ta có thể đạt được sự hiểu biết sâu rộng hơn về
việc áp dụng PID trong việc điều khiển áp suất và tìm ra cách để cải thiện hiệu suất
của quá trình sản xuất.

Nghiên cứu về phương pháp điều khiển PID và ứng dụng vào quá trình điều
khiển áp suất không chỉ cung cấp những tri thức quan trọng mà còn tạo ra tiềm năng
lớn cho việc cải thiện hiệu suất và an tồn trong ngành cơng nghiệp.

Do đó, việc đào sâu và nghiên cứu kỹ thuật này sẽ đóng vai trò quan trọng trong
việc nâng cao kiến thức và ứng dụng thực tế trong lĩnh vực điều khiển áp suất

4

GVHD: Trần Quang Vinh Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa

1.2 Lý do chọn đề tài
Nghiên cứu về phương pháp điều khiển PID và ứng dụng vào quá trình điều

khiển áp suất không chỉ cung cấp những tri thức quan trọng mà còn tạo ra tiềm năng
lớn cho việc cải thiện hiệu suất và an tồn trong ngành cơng nghiệp.

Nghiên cứu trong lĩnh vực này có thể đem lại những hiểu biết sâu rộng về cách
tối ưu hóa hệ thống điều khiển PID để cải thiện hiệu suất và đáp ứng nhanh chóng với
các yêu cầu thay đổi.

Vì vậy, nghiên cứu về phương pháp điều khiển PID và áp dụng vào việc điều
khiển áp suất không chỉ mang lại kiến thức cơ bản mà cịn có thể tạo ra các giải pháp
cụ thể để cải thiện hiệu suất và an toàn trong ngành công nghiệp và các ứng dụng khác.

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là “Hệ thống giám sát, điều khiển mực nước”. Cụ thể là

ở đề tài này nhóm sẽ tìm hiểu những ưu và nhược điểm của hệ thống giám sát mực
nước trong thực tế, so sánh với phương án do nhóm đề xuất qua đó đánh giá khả năng
ứng dụng vào thực tế của phương pháp điều khiển trên.
1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Từ quy trình cơng nghệ đưa ra các giải thuật điều khiển tối ưu cho hệ thống. Lập
trình theo giải thuật tối ưu. Kiểm tra hệ thống trên phần mềm về lập trình và thực hiện
chạy mơ phỏng sau đó liên hệ xem có phù hợp đến thực tế không.
1.5 Phương pháp nghiên cứu

− Lập sơ đồ khối, sơ đồ thuật toán
− Tính chọn các thiết bị, xây dựng mơ hình
− Chạy thử mơ hình, so sánh đánh giá hiệu quả
− Kết luận và đưa ra hướng phát triển

5

GVHD: Trần Quang Vinh Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Giới thiệu chung về phần mềm Tia Protal
2.1.1. Giới thiệu chung

TIA Portal là tên viết tắt của Totaly Intergrated Automation Portal, đây là một
phần mềm dùng để thiết kế, lập trình và giám sát hệ thống PLC và HMI của Siemens,
phần mềm hỗ trợ gần như đầy đủ các dòng PLC Siemens như PLC S7-1200, PLC S7-
1500, PLC S7-300, PLC S7-400, biến tần Siemens, Simatic ET200SP và HMI

Siemens.

TIA Portal được Siemens công bố và cho sử dụng rộng rãi vào năm 1996, phần
mềm tích hợp đầy đủ các chức năng lập trình giúp người dùng tạo một giao diện dễ sử
dụng và giúp thực hiện các tác vụ liên quan đến PLC như cài đặt, chạy chương trình,
giám sát trạng thái

Hình 1. Màn hình khởi động của Tia Portal.

6

GVHD: Trần Quang Vinh Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa

2.1.2. Những tính năng của Tia Protal
Giao diện người dùng trực quan: TIA Portal cung cấp một giao diện dễ sử dụng

với các cơng cụ và tính năng hỗ trợ cho việc lập trình PLC.
Hỗ trợ nhiều loại thiết bị: phần mềm có thể kết nối với nhiều loại thiết bị

Siemens, bao gồm PLC, HMI, cảm biến, v.v.
Tích hợp tất cả các tác vụ trong một giải pháp: Từ thiết kế đến lập trình, giám sát

và quản lý, TIA Portal tích hợp tất cả các tác vụ liên quan đến hệ thống tự động trong
một giải pháp duy nhất.

Cơng cụ tối ưu hóa: nó cung cấp các cơng cụ tối ưu hóa để giúp người dùng xử lý
các tác vụ liên quan đến hệ thống tự động một cách nhanh và hiệu quả.

Hỗ trợ nhiều ngôn ngữ: phần mềm hỗ trợ nhiều ngôn ngữ, bao gồm tiếng Anh,
Đức, Tây Ban Nha, v.v.

Tính năng quản lý dữ liệu: nó cung cấp tính năng quản lý dữ liệu để giúp người
dùng quản lý các tài nguyên liên quan đến hệ thống tự động.

TIA Portal được Siemens tích hợp các phần mềm vào một ứng dụng duy nhất,
bạn có thể sử dụng hầu hết các chức năng của các phần mềm này trong ứng dụng:

+ STEP 7 (Step 7 Basic/Professional): Phần mềm lập trình cho các hệ thống
PLC (Programmable Logic Controller).

+ WinCC (WinCC Advanced/Professional): Phần mềm trung tâm điều khiển
giao diện người dùng cho các hệ thống SCADA (Supervisory Control and
Data Acquisition).

+ Drive ES Basic: Phần mềm điều khiển động cơ và biến tần.
+ PLCSIM: Phần mềm mô phỏng cho các hệ thống PLC.
+ StartDrive: Phần mềm điều khiển động cơ và biến tần dựa trên giao diện

web.
+ SIMOCODE ES: Phần mềm điều khiển và quản lý thiết bị điện.
+ SIMATIC Energy Suite: Phần mềm quản lý năng lượng cho các hệ thống tự

động hóa.
2.1.3. Ưu nhược điểm của Tia Protal

− Ưu điểm:
TIA Portal Cloud là một giải pháp để tạo và quản lý các tệp với các chương
trình PLC từ một vị trí web truy cập từ địa điểm nào đó. Nó cho phép người dùng truy

7

GVHD: Trần Quang Vinh Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa

cập vào các dự án của họ từ bất kỳ địa điểm nào với kết nối Internet, cung cấp tính linh
hoạt và tiện dụng cho việc quản lý dự án.

Hình 2. Tia Portal Cloud
Robot Integrator là một tính năng đặc biệt của TIA Portal, cho phép kết nối và
tích hợp các robot của Siemens với các hệ thống cấp cao hơn như PLC, HMI và
SCADA. Nó cung cấp một giao diện đồ họa giúp cho người dùng dễ dàng quản lý, tạo
và chạy các chương trình cho các robot. Robot Integrator cịn cho phép người dùng
tích hợp các phần mềm khác nhau như Vision Systems, Drive Systems và Safety
Systems, tạo ra một hệ thống tích hợp hồn chỉnh cho các ứng dụng cơng nghiệp.

Hình 3. TIA Portal Integrator kết nối và tích hợp các robot của Siemens với các hệ thống cấp
cao hơn như PLC, HMI và SCADA

8

GVHD: Trần Quang Vinh Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa

Continuous Integration là một khái niệm trong lập trình PLC và quản lý phần
mềm. Nó bao gồm một quy trình tự động để tích hợp các phần mềm, tự động kiểm tra
và bảo trì tính năng của phần mềm sau mỗi lần cập nhật. Mục đích của việc sử dụng
Continuous Integration là đảm bảo rằng tất cả các phần mềm hoạt động đúng và liên
tục trong quá trình phát triển, giúp tiết kiệm thời gian và tránh sự cố trong quá trình
sản xuất.

Hình 4. Tia Protal Continous Integration cung cấp khả năng tiếp tục dự án ở nhiều nơi khác
nhau mà không bị gián đoạn

Standardization là một khái niệm để xác định việc sử dụng các quy tắc và tiêu
chuẩn để xây dựng và quản lý các giải pháp tự động hóa. Nó bao gồm việc sử dụng
các tiêu chuẩn kỹ thuật và quản lý dữ liệu, các quy tắc cho các giao diện người dùng,
và các tiêu chuẩn cho các tài nguyên và các cấu hình. Sử dụng tiêu chuẩn này giúp cho
các dự án trở nên dễ dàng quản lý và dễ dàng phát triển, và giúp tăng tính tương thích
và tính nhất qn giữa các hệ thống tự động hóa.

Hình 5. Tia Protal Standardization giúp tăng tính tương thichs và tính nhất quán giữa các hệ
thống tự động hóa

9

GVHD: Trần Quang Vinh Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa

− Nhược điểm:
Do tích hợp nhiều phần mềm, cơ sở dữ liệu hệ thống lớn nên dung lượng bộ nhớ
khổng lồ.
Yêu cầu kỹ thuật cao của người lập trình, quản lý
Tốn nhiều thời gian để làm quen sử dụng.

2.2. Giới thiệu chung về wincc
2.2.1. Giới thiệu chung

WinCC (Windows Control Center) là phần mềm của hãng Siemens dùng để
giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong q trình sản xuất. Nói rỏ hơn, WinCC
là chương trình dùng để thiết kế các giao diện Người và Máy – HMI (Human Machine
Interface) trong hệ thống Scada (Supervisory Control And Data Acquisition), với chức
năng chính là thu thập số liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất. Với WinCC,
người dùng có thể trao đổi dữ liệu với PLC của nhiều hãng khác nhau như: Siemens,

Mitsubishi, Allen braddly, Omron... thông qua cổng COM với chuẩn RS232 của PC và
chuẩn RS485 của PLC.

Hình 6. Phần mềm WinCC

Với WinCC, ta có thể tận dụng nhiều giải pháp khác nhau cho để giải quyết

công việc, từ thiết kế cho hệ thống có quy mơ nhỏ đến quy mô lớn, hệ thống thực hiện
sản xuất – MES (Manufacturing Excution System). WinCC có thể mơ phỏng bằng
hình ảnh các sự kiện xảy ra trong quá trình điều khiển dưới dạng chuổi sự kiện. Để đáp
ứng yêu cầu công nghệ ngày càng phát triển, WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng
cho mục đích hiển thị, thơng báo, ghi báo cáo, xử lý thông tin đo lường, các tham số
cơng thức... và là một trong những chương trình thiết kế giao diện Người và Máy –
HMI được tin dùng nhất hiện nay.

10

GVHD: Trần Quang Vinh Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa

Hình 7. Mơ phỏng trên WinCC
2.2.2. Những tính năng ca WinCC

− Graphics Designer: Thực hiện dể dàng các chức năng mô phỏng và hoạt động
qua các đối tượng đồ họa của chương trình WinCC, Windows, I/O,.. và các
thuộc tính hoạt động (Dynamic).

− Alarm Logging: Thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các cảnh báo khi
hệ thống vận hành. Nhận các thông tin từ các quá trình, hiển thị, hồi đáp và
lưu trữ chúng. Alarm Logging còn giúp ta phát hiện ra nguyên nhân của lỗi.

− Tag Logging: Thu thập, lưu trữ và xuất ra dưới nhiều dạng khác nhau từ các
quá trình đang thực thi.

− Report Designer:
+ Tạo ra các thông báo, kết quả. Và các thông báo này được lưu dưới dạng
nhật ký sự kiện.
+ User Achivers: Cho phép người sử dụng lưu trữ dữ liệu từ chương trình ứng
dụng và có khả năng trao đổi với các thiết bị khác. Trong WinCC, các công
thức và ứng dụng có thể soạn thảo, lưu trữ và sử dụng trong hệ thống.
+ Ngồi ra, WinCC cịn kết hợp với Visual C++, Visual Basic tạo ra một hệ
thống tinh vi và phù hợp cho từng hệ thống tự động hóa chuyên biệt.

11

GVHD: Trần Quang Vinh Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa

+ WinCC có thể tạo một giao diện Người và Máy – HMI dựa trên sự giao tiếp
giữa con người với các thiết bị. Hệ thống tự động hóa thơng qua hình ảnh,
số liệu, sơ đồ,.. Giao diện có thể cho phép người dùng vận hành, theo dỏi từ
xa và cịn có thể cảnh báo, báo động khi có sự cố

2.2.3. Các thành phần của dự án

− Các bộ điều khiển truyền thông: Bộ điều khiển truyền thông là giao diện kết

nối giữa hệ thống PLC và WinCC. Hệ thống Wincc chứa các bộ điều khiển

truyền thông (liên kết động) trong kênh DLL.

− Khối kênh: Một kênh trong WinCC được thực hiện như một Windows DLL

và đucợ liên kết động với hệ thống. Mỗi kênh WinCC thực hiện việc truy nhập
các kiểu tham số kết nối đặc biệt với các nghi thức đặc biệt (chẳng hạn kênh
SIMATIC S5 Ethernet TF hỗ trợ việc truy nhập SIMATIC S5 với TF
protocol).
− Kết nối: Một kết nối logic mô tả giao diện giữa hệ thống tự động và quản lí dữ
liệu trong WinCC. Quản lí dự liệu của máy server đảm trách việc cung cấp các
tags với các giá trị khi runtime. Quản lí dữ liệu cung cấp các giá trị quá trình
đến các tags nội bộ của nó cũng như các tags của máy client tương ứng. Quản
lí dữ liệu chuyển các tags được truy cập đến kết nối logic của chúng vì thế đến
được kênh thích hợp. Các kênh sẽ thực hiện truyền thông cần thiết bằng tuyến
quá trình theo cách tối ưu nhất.
− Biến (tag): Tags Wincc là phần tử trung tâm để truy nhập các giá trị quá trình.
Trong một dự án chúng nhận một tên và một kiểu dữ liệu duy nhất. Kết nối
logic sẽ được gán với biến WinCC.
− Biến nội: Là biến có sẵn trong WinCC. Những biến nội này là những vùng
nhớ trong của WinCC, nó có chức năng như một PLC thực sự.
− Biến quá trình: Các biến q trình liên kết với truyền thơng logic để phản ánh
thông tin về địa chỉ của các PLC khác nhau.
2.2.4. Tạo một dự án
− Để soạn thảo một dự án (Project) trong Wincc, cần thực hiện theo các bước:
− Tạo một dự án (Project) WinCC mới.
− Chọn PLC hoặc driver từ tag Management.
− Tạo các biến nội và các biến quá trình.
− Tạo hình ảnh từ cửa sổ giao diện Graphic Designer.
− Sử dụng các công cự khác như: tag logging, alarm logging, report designer…

12

GVHD: Trần Quang Vinh Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa

− Thiết lập mơi trường thời gian thực hiện
− Chạy mô phỏng.

13

GVHD: Trần Quang Vinh Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa

CHƯƠNG 3. THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN PID

3.1. Thuật tốn điều khiển pid
3.1.1.1. 5.1.1 Ứng dụng

− Bộ điều khiển PID được ứng dụng rất nhiều trong thực tế. Ví dụ như để:
− Điều khiển tốc độ động cơ
− Trong robot dò đường
− Dùng nhiều trong công nghiệp như điều khiển mức nước, nhiệt độ, áp suất, lưu

lượng…
3.1.2. 5.1.2 Cấu trúc bộ điều khiển PID

Một bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ (bộ điều khiển PID- Proportional Integral
Derivative) là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển (bộ điều khiển) tổng quát được sử
dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp.

bộ điều khiển PID là bộ điều khiển được sử dụng nhiều nhất trong các bộ điều
khiển phản hồi. Bộ điều khiển PID sẽ tính tốn giá trị "sai số" là hiệu số giữa giá trị
đo thông số biến đổi và giá trị đặt mong muốn. Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa
sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào.

Giải thuật tính tốn bộ điều khiển PID bao gồm 3 thơng số riêng biệt, do đó đơi
khi nó cịn được gọi là điều khiển ba khâu: các giá trị tỉ lệ, tích phân và đạo hàm, viết
tắt là P, I, và D.

Hình 9. Cấu trúc bộ điều khiển PID

Ngõ ra của bộ điều khiển sẽ liên hệ với ngõ vào theo công thức sau:

t d

u(t) = Kpe(t) + Ki ∫ e(τ)dτ + Kd e(t)
dt
0

Trong đó:

14

GVHD: Trần Quang Vinh Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa

e là sai số giứa giá trị đặt và giá trị thực tế.
∫0t e(τ)dτ là nguyên hàm của sai số theo thời gian.
d e(t) là đạo hàm sai số theo thời gian.

dt

Các thông số Kp, Ki, Kd là thông số của bộ điều khiển PID cần phải lựa chọn.
Nếu ta lựa chọn phù hợp thì bộ điều khiển PID sẽ hoạt động tốt, có nghĩa là ngõ ra giá
trị thực tế sẽ rất sát với giá trị đặt.

• Tham số P (hệ số tỉ lệ): nếu đặt giá trị này càng cao thì tốc độ đáp ứng (đạt tới
giá trị mong muốn) càng nhanh. Tuy nhiên nó cũng làm cho độ sai lệch nhiều
hơn (đồng nghĩa với việc độ chính xác giảm đi và tổn hao năng lượng tăng
lên). Nếu giá trị này quá lớn thì hệ quả là hệ thống sẽ mất ổn định.

Hình 10. Ví dụ về sự ảnh hưởng của tham số P
• Tham số I (Tích phân): Nếu đặt giá trị này càng cao thì quá trình loại trừ sai số

do tham số P gây ra (tức là đưa về giá trị yêu cầu) càng nhanh. Tuy vậy nó
cũng gây ra hiện tượng quá độ càng lớn.

15

GVHD: Trần Quang Vinh Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa

Hình 11. Ví dụ về sự ảnh hưởng của tham số I
• Tham số D (Vi phân): giá trị này càng cao thì càng làm giảm sự quá độ do

tham số I gây ra. Đồng thời nó cũng làm cho quá trình đáp ứng bị chậm đi. Nếu
quá lớn sẽ gây ra sự mất ổn định hệ thống.

Hình 12. Sự ảnh hưởng của tham số D
− Bộ điều khiển PID tối ưu nhất khi:
− Độ vọt lố càng nhỏ càng tốt
− 𝑒𝑥𝑙 càng nhỏ càng tốt
− 𝑡𝑥𝑙 càng nhỏ càng tốt.

16

GVHD: Trần Quang Vinh Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN

Khi áp dụng phương pháp điều khiển PID vào quá trình điều khiển áp suất, cần
điều chỉnh các thông số PID (như hệ số tỷ lệ, hệ số tích phân và hệ số đạo hàm) sao
cho phù hợp với đặc điểm và yêu cầu của hệ thống áp suất cụ thể. Q trình điều chỉnh
thơng số PID có thể dựa trên phân tích và thử nghiệm để đạt được hiệu suất tối ưu.

Tổng quan, phương pháp điều khiển PID là một công cụ mạnh mẽ để điều khiển
áp suất trong quy trình cơng nghiệp. Nó cung cấp khả năng ổn định, điều chỉnh và đáp
ứng nhanh chóng đối với thay đổi áp suất, giúp đảm bảo hiệu suất và chất lượng trong
các ứng dụng điều khiển áp suất.

Trong quá trình làm đồ án mơn học, khó tránh khỏi sai sót, rất mong các thầy,
cơ bỏ qua. Đồng thời do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn cịn hạn chế
nên bài báo cáo khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến
đóng góp thầy, cơ để em học thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt hơn
bài báo cáo sắp tới.

17