thiết kế mạch điều khiển pid cho đối tượng bậc 3

ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
ĐỒ ÁN
VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ
ĐỀ TÀI : Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
Giáo viên hướng dẫn : Ths Nguyễn Văn Vinh
Lớp : Tự động hóa 1_k6
sinh viên thực hiện : Nhóm 6
Yêu cầu về thời gian :
Ngày giao đề : 10/11/2013
Ngày hoàn thành :…. 15/12/2013
Thời gian bảo vệ dự kiến : 20/12/2013
Page 1
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
Lời nói đầu
Như chúng ta đã biết.Ngày nay, khi mà công nghệ sản xuất linh kiện điện tử được nâng
cao thì những đồ điện tử càng ngày càng thu nhỏ về kích thước điều đó đồng nghĩa với
các vi mạch số càng ngày càng được dùng nhiều và thể hiện tầm quan trọng của nó .
Môn học Vi mạch số & vi mạch tương tự đã mang đến những kiến thức cơ bản đầu tiên
cho sinh viên chúng em về vi mạch số và những mạch tương tự. đề tài của chúng em
được giao là :”Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3”.Qua đề tài này
chúng em đã nắm bắt được cách thiết kế cơ bản 1 bộ PID bằng khuếch đại thuật toán và
sử dụng thành thạo phương pháp tổng thời gian của Kuln để xác lập tham số cho bộ
PID.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn và thầy Nguyễn Văn Vinh
đã trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án này.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng trong quá trình làm đồ án không tránh khỏi những
sai sót trong cách trình bày cũng như phần thể hiện đồ án của mình.Mong các thầy,cô
và các bạn góp ý và bổ sung thêm để đồ án của chúng em có thể hoàn thiện hơn nữa.

Chúng em xin chân thành cảm ơn.
Page 2
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
Nội dung đồ án
Đề tài:Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
Mô tả: Cho đối tượng bậc 3 ( mô phỏng bằng các nhóm R,C). Thiết kế bộ điều
chỉnh PID bằng KĐTT. Dùng phương pháp thời gian tổng của kuln để xác lập các
tham số cho PID
Khuyến khích:Tự xác định thành phần bộ điều khiển để hệ kín ổn định.
Phần thuyết minh
Yêu cầu về bố cục nội dung:
• Chương 1:tìm hiểu chung về mạch KĐTT và mạch PID.
• Chương 2:thiết kế hệ thống điều khiển đối tượng bậc 3 với bộ điều khiển
PID.
• Chương 3:xây dựng chương trình mô phỏng.
Các thành viên trong nhóm gồm:
- Hoàng trọng nghĩa
- Mai đình nhâm
- Phạm thanh phong
- Nguyễn hồng quân
- Nguyễn văn quân
- Vũ đức sơn
- Vũ khắc sơn.
Page 3
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
MỤC LỤC
Page 4
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
CHƯƠNG 1:TÌM HIỂU CHUNG VỀ MẠCH KĐTT VÀ MẠCH PID
1 Khuếch đại thuật toán lí tưởng………………………………………7
1.2.Khuếch đại thuật toán không lí tưởng……………………………… 10
1.3. Mạch tích hợp KĐTT không lí tưởng µA741……………………… 10
1.4. Mạch cộng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
1.5. Mạch trừ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
1.6. Mạch tích phân. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
1.7. Bộ tỉ lệ - tích phân. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.8. Mạch vi phân. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
1.9. Mạch tỉ lệ - tích phân – vi phân (mạch PID). . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.9.3. Phương pháp hằng số thời gian tổng của Kuhn. . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ BỘ PID CHO ĐỐI TƯỢNG BẬC 3
2.1. Tìm hiểu về đối tượng bậc 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2. thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3. . . . . . . . . . . . . . . 22
CHƯƠNG 3:XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG
3.1.Mô phỏng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2:Tín hiệu ra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
CHƯƠNG 1:TÌM HIỂU CHUNG VỀ MẠCH KĐTT
VÀ MẠCH PID
Page 5
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
Hiện nay các bộ khuếch đại thuật toán(KĐTT) đóng vai trò quan trọng và được
ứng dụng rộng rãi trong kĩ thuật khuếch đại, tính toán , điều khiển, tạo hàm,tạo tín
hiệu hình sine và xung, sử dụng ổn áp và các bộ lọc tích cực…Trong kỹ thuật
mạch tương tự, các mạch tính toán và điều khiển được xây dựng chủ yếu dựa trên
bộ khuếch đại thuật toán.
Bộ khuếch đại thuật toán (KĐTT) và các bộ khuếch đại thông thường khác nhau
có đặc tính tương tự. Cả hai loại đều dùng để khuếch đại điện áp, dòng điện và
công suất.Tính ưu việt của bộ khuếch đại thuật toán là , tác dụng của mạch điện
có bộ KĐTT có thể thay đổi được dễ dàng bằng việc thay đổi các phần tử mạch
ngoài. Để thực hiện được điều đó , bộ KĐTT phải có đặc tính cơ bản là, hệ số
khuếch đại rất lớn , trở kháng cửa vào rất lớn và trở kháng cửa ra rất nhỏ.
Trước đây , bộ KĐTT thường được sử dụng trong việc thực hiện các phép toán
giải tích ở các máy tính tương tự, nên được gọi là KĐTT (theo tiếng anh là
Operational Amplifier viết tắt là OP-AMP). Ngày nay, KĐTT được sử dụng rộng
rãi hơn,đặc biệt là trong kĩ thuật đo lường và điều khiển .
Do công nghệ chế tạo linh kiện vi điện tử ngày càng phát triển , nên đã chế tạo

được các mạch tích hợp(các vi mạch) của KĐTT gần lí tưởng . Và các vi mạch
KĐTT sử dụng trong các mahcj điện tử đơn giản cũng được coi là lí tưởng . Tuy
nhiên, các vi mạch KĐTT luôn có các thong số thực là hữu hạn.
1.1. Khuếch đại thuật toán lí tưởng
1.1.1.Kí hiệu và định nghĩa
KĐTT được dùng để khuếch đại điện áp, dòng điện hay công suất, để thiết kế các
mạch điện tử chức năng.

Hình1 .1. Kí hiệu và các chân ra của KĐTT
Page 6
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
Ngõ vào có dấu (+) gọi là vào không đảo , kí hiệu In
+
, tín hiệu đưa đến kí hiệu là
U
I
+
. Ngõ vào có dấu (-) gọi là ngõ vào đảo, kí hiệu In
-
, tín hiệu đưa đến kí hiệu là
U
I
-
. Các cửa vào được gọi là các của vào kiểu vi sai. Out-ngõ ra, tín hiệu cửa ra kí
hiệu là U
O
. Ngõ cấp điện áp nguồn dương +U
CC
và ngõ cấp điện áp nguồn âm

-U
CC
.KĐTT lí tưởng có trở kháng vào vô cùng lớn (Z
1
=∞), trở kháng ra bằng 0
(Z
O
=0), hệ số khuếch đạivòng hở vô cùng lớn (K
0
=∞) và điện áp cửa ra bằng 0V,
khi điện áp vào các ngõ vi sai bằng nhau (U
O
=0V, khi U
I
+
= U
I
-
).
1.1.2. Các mạch khuếch đại cơ bản dùng KĐTT
Mạch khuếch đại đảo
Hình 1.2. Sơ đồ mạch khuếch đại đảo với KĐTT
Ta thấy, tín hiệu điện áp vào cần khuếch đại U
I
được đưa đến cửa vào đảo In
-
. Trên
sơ đồ ngoài KĐTT (OP), còn có, R
F
- điện trở mạch phản hồi âm, R

1
- điện trở mạch
vào, R
2
- điện trở nối đất với cửa vào không đảo In
+
.
Tại nút N có: i
I
+ i
F
=0
Vậy:
1
0
O I
I I
F
U U
U U
R R
−
−
−
−
+ =
(1-1)
Mặt khác, do dòng điện chảy qua Z
I
bằng 0, nên điện áp tại nút n bằng 0, hay U

I
-

=0. Vậy kết quả ta có:
1
0
O
I
F
U
U
R R
+ =
(1-2)
Page 7
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
Hệ số khuếch đại điện áp của mạch:
O
U
I
U
K
U
=
(1-3)
Cùng với biểu thức (1-2), ta có:
F
U
I

R
K
R
= −
(1-4)
Vậy biểu thức của tín hiệu ra:
F
O I
I
R
U U
R
= −
(1-5)
Hệ số khuếch đại điện áp của mạch(k
U
) giảm so với hệ số khuếch đại mạch
hở(k
O
)và hệ số khuếch đại này chỉ phụ thuộc vào giá trị phần tử mạch ngoài.
Điện trở vào (R
I
) của mạch khuếch đại đảo bằng chính điện trở mạch vào (R
1
),
nghĩa là: R
I
= R
1
(1-6)

Vậy, điện trở vào của mạch khuếch đại đảo nhỏ hơn rất nhiều so với điện trở cửa
vào của KĐTT lí tưởng.
Mạch khuếch đại không đảo
Sơ đồ mạch khuếch đại không đảo của KĐTT lí tưởng
.
Hình 1.3.Sơ đồ mạch khuếch đại không đảo với KĐTT
Vì điện trở cửa vào của KĐTT vô cùng lớn, nên dòng điện chảy qua R
2
bằng 0. Từ
đó ta có:
I I I
U U U
+ −
= =
Page 8
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
Trong khi đó lại có:
1
1
O
I I
F
U
U R U
R R
−
= =
+
(1-7)

Vậy hệ số khuếch đại điện áp của mạch khuếch đại không đảo K
U
= U
O
/U
I
với biểu
thức (1-7) sẽ là:
1
1
F
U
R R
K
R
+
=
(1-8)
Hay có thể viết:
1
1
F
U
R
K
R
= +
(1-9)
Vậy, tín hiệu ra xác định bằng biểu thức:
(1 )

F
O I
I
R
U U
R
= +
(1-10)
Điện trở cửa vào mạch khuếch đại không đảo là điện trở tương đương lối vào của
mạch R
I
= U
I
/i
I
. Từ sơ đồ mạch ta có dòng điện chảy qua các ngõ vào của KĐTT i
1
= 0 nên điện trở cửa vào mạch khuếch đại không đảo là R
I
= ∞, nghĩa là tương
đương với điện trở cửa vào của KĐTT ta đang sử dụng.
Một ứng dụng thường dung của mạch khuếch đại không đảo là để tạo ra bộ lặp
điện áp có sơ đồ như trên hình 1.4.
Hình 1.4. Mạch lặp lại điện áp với KĐTT
1.2.Khuếch đại thuật toán không lí tưởng
1.2.1. Cấu trúc của bộ KĐTT
Page 9
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
Mạch tích hợp KĐTT phải đáp ứng các yêu cầu:có hệ số khuếch đại lớn,có lệch 0

nhỏ,các dòng điện tĩnh nhỏ,có điện trở vào lớn và có điện trở ra nhỏ,khi các điện
áp đến ngõ vào đảo và không đảo bằng nhau.
1.3. Mạch tích hợp KĐTT không lí tưởng µA741
1.3.1. Sơ đồ mạch tích hợp KĐTT µA741
Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lí bộ KĐTT µA741
1.3.2.Hình dạng và chức năng các chân mạch tích hợp KĐTT µA741
chân 1 – bù tần số;
chân 2 – cửa vào đảo;
chân 3 – cửa vào không đảo;
chân 4 – nguồn cung cấp âm;
chân5 – bù tần số;
chân 6 – cửa ra;
chân 7 – nguồn cung cấp dương;
chân 8 – không sử dụng.

Page 10
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
1.4 Mạch cộng
1.4.1 Bộ cộng đảo
khi chỉ có U
I1
tác động,tại cửa ra có điện áp U
01
=-U
I1
khi chỉ có U
I2
tác động tại cửa ra có điện áp U
02

=-U
I2
khi chỉ có U
I3
tác động tại cửa ra có điện áp U
03
=-U
I3
Sơ đồ nguyên lý bộ cộng đảo 3 tín hiệu vào
Điện áp ra tổng tại ngõ ra sẽ là:U
0
=U
01
+U
02
+U
03
,vậy có:
Khi chọn R
11
= R
12
= R
13
= R
1
, thì biểu thức điẹn áp ra của bộ cộng có dạng:
Khi chọn RF = R1, thì điện áp ra tổng sẽ là:
Vậy điện áp ra của mạch là tổng các điẹn áp vào.
1.4.2 Bộ cộng không đảo

Bằng phương pháp xếp chồng ta có các tín hiệu đến của không đảo gồm:
U
P1
=R
22
,

U
P2
=R
21
Tổng điện áp cửa vào không đảo In
+
là U
P
=U
P1
+U
P1
và ta có:
Page 11
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
UP= U
P1
=R
22
+ U
P2
=R

21
, vậy điện áp ra của mạch cộng không đảo có dạng:
1.5 Mạch trừ
khi chỉ có tín hiệu U
I1
tác động,ta có U
01
=-U
1
khi chỉ có tín hiệu U
I2
tác động,ta có U
02
=U
12
và điện áp tổng tại ngõ ra U
0
=U
01
+U
02;
hay: U
O
= U
12
- U
1
nếu chọn =
Page 12
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3

ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
Sơ đồ nguyên lý mạch trừ
Biểu thức điẹn áp ra sẽ có dạng:
1.6 Mạch tích phân
1.6.1 Bộ tích phân đảo
Vì tổng trở vào của KĐTT vô cùng lớn,vậy dòng điện cửa vào của nó coi như bằng
0,nên tại các ngõ vào đều có điện thế bằng 0.
Dòng điện mạch vào:I
i
=
Dòng điện mạch hồi tiếp:i
F
=C
Tại nút N có điện thế 0,vậy có:i
F
=-i
I
hay C = -
Sơ đồ nguyên lý mạch tích phân đảo
Có tín hiệu ra tỉ lệ tích phân với tín hiệu vào. Tín hiệu vào được đưa vào chân đảo
Điện áp ra được xác định bằng biểu thức:
= -
Với T=R
1
C gọi là thời gian tích phân,còn K
I
=được gọi là hệ số tích phân.
1.6.2 Bộ tích phân không đảo
Page 13
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3

ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
Sơ đồ nguyên lí mạch tích phân không đảo
Tín hiệu ra tỉ lệ tích phân với tín hiệu vào.tin hiệu vào được đưa vào chân không
đảo của KĐTT
1.7 Bộ tỉ lệ- tích phân
Sơ đồ nguyên lí mạch tỉ lệ - tích phân không đảo
Mạch tỉ lệ tích phân có tín hiệu vào được đưa vào chân đảo của KĐTT. Tín hiệu ra
vừa tỉ lệ với tín hiệu vào và tỉ lệ với tín
-Uo
1.8 Mạch vi phân
1.8.1 mạch vi phân cơ bản .
Page 14
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
Dòng điện mạch vào:i
I
=C
1
(U
i
)
Dòng điện mạch hồi tiếp:i
F
=
Nên tại nút của vào đảo,ta có:i
F
=- i
I
hay =- C
1

(U
i
)
Tín hiệu vào được đưa qua tụ C1 rồi vào cửa đảo của KĐTT
Tín hiệu ra là đạo hàm của tín hiệu vào
1
O
O F
dU
U R C
dt
= −
Ta kí hiệu TD=RFC1 là hằng số thời gian vi phân.
1.8.2 Mạch vi phân thường dùng
Ta xác định hàm truyền đạt của mạch:
Page 15
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
Mạch vi phân thường dùng tương tự như mạch vi phân cơ bản nhưng có thêm tụ
C2 mắc song song với R2 nhằm mục đích đoản mạch phản hồi âm tần số cao.
Điện áp cửa ra có ảnh Laplace
2 1
2
( ) ( )
(1 )
O I
R C p
U p U p
RCp
= −

+

1.9 Mạch tỉ lệ- tích phân- vi phân ( mạch PID)
GIỚI THIỆU BỘ PID:
Bộ điều khiển PID (A proportional integral derivative controller) là bộ điều
khiển sử dụng kỹ thuât điều khiển theo vòng lặp dụng kỹ thuât điều khiển theo
vòng lặp có hồi tiếp được sử dụng rộng rãi trong có hồi tiếp được sử dụng rộng rãi
trong các hệ thống điều khiển tự động.
Một bộ điều khiển PID cố gắng hiệu chỉnh sai lệch giữa tín hiệu ngõ ra và
ngõ vào sau đó đưa ra một một tín hiệu điều khiển để điều chỉnh quá trình cho phù
hợp.
Bộ điều khiển kinh điển PID đã và đang được sử dụng rộng rãi để điều
khiển các đối tượng SISO bởi vì tính đơn giản của nó cả về cấu trúc lẫn nguyên lý
làm việc. Bộ điều chỉnh này làm việc rất tốt trong các hệ thống có quán tính lớn
như điều khiển nhiệt độ, điều khiển mức, và trong các hệ điều khiển tuyến tính
hay có mức độ phi tuyến thấp.
PID là một trong những lý thuyết cổ điển và cũ nhất dùng cho điều khiển tuy
nhiên nó vẫn ứng dụng rộng rãi cho đến ngày nay.
Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID:
Page 16
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
1.9.1 Mạch PID cơ bản
Mạch PID cơ bản mạch vào gồm R
1
, C
1
đấu song song, mạch hồi tiếp tạo bởi mạch
nối tiếp của R
F

, C
F
.
Sơ đồ nguyên lý mạch tỉ lệ- tích phân-vi phân cơ bản
U
0
=
1
F F F
F
i dt R i
C
+
∫
(*)
Tổng các dòng điện ở cửa vào đảo :+C
1
+i
F
=0
Vậy dòng mạch hồi tiếp: i
F
=-(+C
1
) thay vào (*) ta được:
-U
0
=R
F
(+C

1
)+ʃ(+C
1
)dt
Page 17
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
-U
0
=(+)U
I
+ʃU
I
dt + R
F
C
1
Thành phần tỉ lệ thành phần tích phân thành phần vi phân
Để xây dựng đặc tính tần số của mạch,ta cần xác định hàm truyền của nó:
K
U
(p)==++R
1
C
F
p
Kí hiệu R
1
C
F

=T
1
=, R
F
C
F
=T
2
= Trong đó w
1
>w
2
vậy ta có
K
U
(p)=
1.9.2 Mạch PID thường dùng
Sơ đồ mạch PID thường dùng
Để được đặc tính theo yêu cầu thường chọn R
1
>>R
2
và R
3
>>R
F
. ta có các tần số
riêng:
3
3

1
2
F
f
R C
π
=

2
1
2
F F
f
R C
π
=

1
1 1
1
2
f
R C
π
=
Page 18
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6

0

2 1
1
2
f
R C
π
=
Sao cho :
0 1 2 3
f f f f
> > >
.
từ đặc tính tần số thấy rõ đã giảm bớt được ảnh hưởng của nhiễu tần số thấp và tần
số cao.
1.9.3. Phương pháp hằng số thời gian tổng của Kuhn
Sơ đồ hệ thống
+ áp dụng cho các đối tượng hàm truyền đạt:
Hằng số thời gian tổng:
Với bộ điều chỉnh PID ta chọn ;
CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ BỘ PID CHO ĐỐI TƯỢNG BẬC 3
2.1) Tìm hiểu về đối tượng bậc 3
- Đối tượng bậc 3 là gì ?
Page 19
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
Cách đơn giản nhất để xác định một đối tượng bậc 3 là dựa vào hàm truyền đạt
của đối tượng. nếu hàm truyển có bậc 3 tức đó là đối tượng bậc 3. Các đối tượng
bậc 3 thường được ghép bởi các phần tử R,L,C.
2.2) thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3.
Bước 1: Bước 1 xác định hệ thống điều khiển PID gồm 3 thành phần.

- Khâu tỷ lệ : là một mạch khuếch đại đảo có
Với R
F
là điện trở phụ và R
1
là điện trở vào.
Do mạch có tín hiệu ra đảo nên ta phải đảo lại tín hiệu để đảm bảo tín hiệu ra
ở cả ba khâu cùng dấu (+) (điều kiện cần của tiêu chuẩn Routh).
- Khâu tích phân: được lấy là bộ tích phân không đảo.
Có điện áp ra
T
I
=RC/2
Tín hiệu ra cùng dấu với tín hiệu vào nên tín hiệu này sẽ được cộng thẳng
vào mạch.
- Khâu vi phân : được chọn là mạch vi phân cơ bản.
- Có điện áp ra :
T
D
=R
F
C
Có điện áp ra ngược dấu với điện áp vào. Do vậy ta cũng phải đảo lại tín hiệu như
đối với khâu tỷ lệ.
Đối tượng bậc 3 được sử dụng có sơ đồ như sau:
Page 20
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
Hình 2.1:Đối tượng bậc 3 được điều khiển
Bước 2: chọn linh kiện

Linh kiện sử dụng trong mạch
1. Khuếch đại thuật toán 741
2. Tụ điện
3. Điện trở
4. Cuộn cảm
5. -Giả sử giá trị các linh kiện như sau:
Page 21
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
Hình 2.2:Mạch nguyên lý
Bước 3:Tính toán mạch:
- Hàm truyền :
Mặt khác:
Thế (1)vào (2) ta được:
Trong đó: Điện áp ra của bộ PID
Page 22
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
:Điện áp đặt lên C
5
Uo:Điện áp ra
Ta có phương trình đặc tính:
A(p)=
Chọn giá trị linh kiện cho đối tượng.
R
1
=10k R
2
=5k
L=50mh C1=50uF C2=50uF

Tổng thời gian
==50.10
-6
.50.10
-3
+5.50.10
-12
.50.10.10
6
(ms)
-Sử dụng bộ điều khiển PID với K
O
=10
Ta có =0,1

Chọn R3=10k => R5=1k
=0,08333(s)
Chọn R
9
=10k ta có:
(F)=16,67(µF)
0,020875 (s)
Chọn R
10
=10k ta có:
Page 23
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3
ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
Page 24
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3

ĐỒ ÁN VMTT-VMS NHÓM 6_TDH1_K6
CHƯƠNG 3:XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG
3.1:Mô phỏng
Sau khi tính toán lại giá trị các linh kiện ta được mạch nguyên lý như sau:
Hình 3.1:Sơ đồ nguyên lý
Page 25
Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 3