bộ điều khiển Pid

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP-HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP-HCM
LỚP CAO HỌC-2
LỚP CAO HỌC-2
006
006
NGA NH THIÊ T BI MANG VA NHA MA Y IÊN ̀ ́ ̀ ̀ ̣́ ̣ Đ ̣
NGA NH THIÊ T BI MANG VA NHA MA Y IÊN ̀ ́ ̀ ̀ ̣́ ̣ Đ ̣
B
B
ÁO CÁO MÔN HỌC :
ÁO CÁO MÔN HỌC :
CAD TRONG KỸ THUẬT ĐIỆN
CAD TRONG KỸ THUẬT ĐIỆN
ĐỀ TÀI:
ĐỀ TÀI:
MÔ HIÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
MÔ HIÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG VÀ XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
ĐỘNG VÀ XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID


GVHD: TS. TRƯƠNG VIỆT ANH
GVHD: TS. TRƯƠNG VIỆT ANH
HVTH: HO
HVTH: HO
ÀNG XUÂN GIANG

ÀNG XUÂN GIANG
2 2

TỔNG QUAN
TỔNG QUAN
Báo cáo này chúng ta sẽ tìm hiểu phương pháp
Báo cáo này chúng ta sẽ tìm hiểu phương pháp
mô hình hoá một hệ thống điều khiển tự động
mô hình hoá một hệ thống điều khiển tự động
bao gồm :
bao gồm :

Hàm truyền và phương trình trạng thái của
Hàm truyền và phương trình trạng thái của
hệ thống
hệ thống

Đáp ứng vòng hở và đáp ứng vòng kín của hệ
Đáp ứng vòng hở và đáp ứng vòng kín của hệ
thống
thống

Xây dựng bộ điều khiển PID
Xây dựng bộ điều khiển PID

Chỉnh định thông số của bộ điều khiển và
Chỉnh định thông số của bộ điều khiển và
khảo sát đáp ứng của hệ thống
khảo sát đáp ứng của hệ thống


MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TIÊU
MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TIÊU
BIỂU
BIỂU


HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG
HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG
THÁI CỦA HỆ THỐNG
THÁI CỦA HỆ THỐNG
Trong điều khiển tự động người ta thường biểu
Trong điều khiển tự động người ta thường biểu
diễn một hệ thống vật lí bằng hàm truyền
diễn một hệ thống vật lí bằng hàm truyền
(transfer function) hay phương trình trạng thái
(transfer function) hay phương trình trạng thái
(state space equation) của nó(đối với hệ phi
(state space equation) của nó(đối với hệ phi
tuyến, để đạt điều này, người ta phải dùng
tuyến, để đạt điều này, người ta phải dùng
phương pháp tuyến tính hóa từng đoạn).
phương pháp tuyến tính hóa từng đoạn).



Giả sử có hệ thống điều khiển tốc độ motor DC
Giả sử có hệ thống điều khiển tốc độ motor DC
như hình sau:
như hình sau:


HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG
HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG
THÁI CỦA HỆ THỐNG(tt)
THÁI CỦA HỆ THỐNG(tt)
Trong đó:
Trong đó:


HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG
HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG
THÁI CỦA HỆ THỐNG(tt)
THÁI CỦA HỆ THỐNG(tt)

Phương trình vi phân mô tả hệ thống như sau:
Phương trình vi phân mô tả hệ thống như sau:

Hàm truyền
Hàm truyền
: biến đổi Laplace 2 vế của phương
: biến đổi Laplace 2 vế của phương
trình trên ta được
trình trên ta được
=>
=>


HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI
HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI

CỦA HỆ THỐNG(tt)
CỦA HỆ THỐNG(tt)

Phương trình trạng thái: Dạng tổng quát
Phương trình trạng thái: Dạng tổng quát
Với X là véctơ trạng thái, U là véctơ tín hiệu vào và
Với X là véctơ trạng thái, U là véctơ tín hiệu vào và
Y là véctơ tín hiệu ra
Y là véctơ tín hiệu ra


HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG
HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG
THÁI CỦA HỆ THỐNG(tt)
THÁI CỦA HỆ THỐNG(tt)

Biến trạng thái và phương trình trạng thái: từ
Biến trạng thái và phương trình trạng thái: từ
phương trình vi phân mô tả hệ thống nếu đặt
phương trình vi phân mô tả hệ thống nếu đặt


ta có :
ta có :


BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
Định nghĩa:
Định nghĩa:

Bộ điều khiển PID (A proportional integral
Bộ điều khiển PID (A proportional integral
derivative controller) l
derivative controller) l
à bộ điều khiển sử dụng
à bộ điều khiển sử dụng
kỹ thuât điều khiển theo vòng lặp có hồi tiếp
kỹ thuât điều khiển theo vòng lặp có hồi tiếp
được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống
được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống
điều khiển tự động. Một bộ điều khiển PID cố
điều khiển tự động. Một bộ điều khiển PID cố
gắng hiệu chỉnh sai lệch giữa tín hiệu ngõ ra
gắng hiệu chỉnh sai lệch giữa tín hiệu ngõ ra
và ngõ vào sau đó đưa ra một một tín hiệu
và ngõ vào sau đó đưa ra một một tín hiệu
điều khiển để điều chỉnh quá trình cho phù
điều khiển để điều chỉnh quá trình cho phù
hợp
hợp


BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)
BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)

SƠ ĐỒ KHỐI CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
SƠ ĐỒ KHỐI CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN PID


BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)

BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)

Trong đó hàm truyền của khâu PID là:
Trong đó hàm truyền của khâu PID là:
Với:
Với:


BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)
BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)
Việc hiệu chỉnh 3 thông số K
Việc hiệu chỉnh 3 thông số K
P
P
, K
, K
I,
I,
K
K
D
D
sẽ làm tăng
sẽ làm tăng
chất lượng điều khiển. Ảnh hưởng của 3
chất lượng điều khiển. Ảnh hưởng của 3
thông số này lên hệ thống như sau:
thông số này lên hệ thống như sau:



BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)
BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)


BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)
BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)

bộ điều khiển tỉ lệ P:
bộ điều khiển tỉ lệ P:

Đáp ứng vòng kín của bộ tỉ lệ như sau
Đáp ứng vòng kín của bộ tỉ lệ như sau
2 15

BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)
BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)

bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ:
bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ:
2 16

BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)
BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)

Hiệu chỉnh thông số của bộ điều khiển PID:
Hiệu chỉnh thông số của bộ điều khiển PID:
Một phương pháp cổ điển nhưng đơn giản và
Một phương pháp cổ điển nhưng đơn giản và
hiệu quả để chỉnh định 3 thông số K
hiệu quả để chỉnh định 3 thông số K

P
P
, K
, K
I
I
, K
, K
D
D
của bộ điều khiển PID là phương pháp Ziegler
của bộ điều khiển PID là phương pháp Ziegler
Nichols thủ tục chỉnh định như sau:
Nichols thủ tục chỉnh định như sau:
1. Chỉ điều khiển hệ thống bằng bộ điều
1. Chỉ điều khiển hệ thống bằng bộ điều
khiển tỉ lệ K
khiển tỉ lệ K
P
P
(đặt K
(đặt K
I
I
=K
=K
D =
D =
0)
0)

2. Tăng K
2. Tăng K
P
P
đến giá tri K
đến giá tri K
C
C
mà ở đó hệ thống
mà ở đó hệ thống
bắt đầu bất ổn (bắt đầu xuất hiện sự dao
bắt đầu bất ổn (bắt đầu xuất hiện sự dao
động - điểm cực của hàm truyền kín nằm trên
động - điểm cực của hàm truyền kín nằm trên
trục ảo j
trục ảo j
ω
ω
x
x
ác định tần số ω
ác định tần số ω
c
c
của dao động
của dao động
vừa đạt
vừa đạt
2 17


BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)
BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)

Hiệu chỉnh thông số của bộ điều khiển PID(tt):
Hiệu chỉnh thông số của bộ điều khiển PID(tt):
từ 2 giá trị
từ 2 giá trị
K
K
C
C
v
v
à
à
ω
ω
c
c
vừa đạt c
vừa đạt c
ác thông số K
ác thông số K
P
P
, K
, K
I
I
,

,
K
K
D
D
được xác định như bảng sau:
được xác định như bảng sau:
3. Tinh chỉnh lại 3 thông số này để đạt được
3. Tinh chỉnh lại 3 thông số này để đạt được
đáp ứng như mong muốn
đáp ứng như mong muốn
2 18

KẾT LUẬN:
KẾT LUẬN:

PID là một trong những lí thuyết cổ điển và cũ
PID là một trong những lí thuyết cổ điển và cũ
nhất dùng cho điều khiển tuy nhiên nó vẫn
nhất dùng cho điều khiển tuy nhiên nó vẫn
được ứng dụng rộng rãi cho đến ngày nay
được ứng dụng rộng rãi cho đến ngày nay

Động cơ khi quay với một tốc độ xác định thì
Động cơ khi quay với một tốc độ xác định thì
rõ ràng khi quay nó có hiện tượng giật. PID có
rõ ràng khi quay nó có hiện tượng giật. PID có
thể làm tốt hơn việc đó
thể làm tốt hơn việc đó