Bộ điều khiển PID tuning cho điều khiển bình phả ứng

PID Tuner trong Simulink
PID Tuner cung cấp một phương pháp nhanh chóng và áp dụng rộng rãi
trong các bộ điều khiển PID cho hệ thống một vòng kín.Với phương pháp này ta
có thể dễ dàng thiết lập các thông số của bộ điều khiển PID để điều khiển đối
tượng nhằm đưa ra được đáp ứng mong muốn.
Công việc thiết kế bộ điều khiển với công cụ PID Tuner bao gồm các bước
sau:
- Mở chương trình PID Tuner. Phần mềm tự động tính toán một mô hình
tuyến tính từ mô hình Simulink và thiết kế một bộ điều khiển ban đầu.
- Điều chỉnh bộ điều khiển trong PID Tuner bằng cách điều chỉnh bằng
tay các thông số trong hai chế độ thiết kế là thời gian đáp ứng
(response) và chất lượng tạm thời (transient behavior).Từ đó chương
trình tính toán các thông số của bộ điều khiển PID để làm hệ thống ổn
định và đạt chất lượng mong muốn.
- Đưa ra các thông số của bộ điều khiển và thiết kế lại khối PID, sau đó
kiểm tra hiệu quả của nó trong Simulink.
Ta sẽ áp dụng các bước trên vào một đối tượng cụ thể để thấy rõ được
công dụng của công cụ PID Tuner này.
Lấy trực tiếp đối tượng van khí nén với hàm truyền là khâu quán tính bậc
nhất có trễ:
Mô phỏng cấu trúc hệ thống dùng bộ điều khiển PID điều khiển đối tượng
trong Simulink như hình dưới:
Đầu vào của hệ thống là tín hiệu bước nhảy từ 0 lên 1, step time = 1.
Thiết lập thông số bất kỳ cho bộ điều khiển PID, chẳng hạn Kp=20,
Ki=0.4, Kd=0. Đáp ứng đầu ra của hệ thống sẽ là:
Để chạy công cụ PID Tuner, ta kích đúp vào khối PID để mở hộp thoại của
khối ra.
Hộp thoại PID Tuner mở ra. Các phần mềm tự động nhận dạng đầu vào và
đầu ra của hệ thống, xây dựng nên một mô hình tuyến tính cho hệ thống. Các
tính toán của PID Tuner sẽ giúp tính ra các thông số của một bộ điều khiển ban
đầu để đạt được sự cân bằng hợp lý giữa hiệu suất và độ bền.

Sau đó đưa ra được đồ thị của đáp ứng:
- Đường màu đỏ là đồ thị đáp ứng đầu ra ứng với bộ số hiện có trong
khối PID
- Đường màu xanh là đồ thị đáp ứng đầu ra ứng với bộ số mà PID Tuner
tính toán và lựa chọn tạm thời.
Click vào Show paramenters để xem các thông số của bộ điều khiển PID
và các chỉ tiêu chất lượng của hệ thống.
Ta có thể xem được thời gian xác lập, độ quá điều chỉnh, đỉnh, …của đáp
ứng đầu ra với bộ thông số Kp, Ki, Kd trong bảng phía trên.
Điều chỉnh các thông số bộ điều khiển bằng cách di chuyển thanh trượt
thời gian đáp ứng của vòng kín đồng thời quan sát đồ thị đáp ứng đầu ra và
bảng thống số để điều chỉnh chất lượng cho hệ thống. Khi đáp ứng đạt yêu cầu
ta sẽ có được bộ điều khiển PID gần chính xác nhất.
Ví dụ như đáp ứng sau là đạt yêu cầu:
Ta thu được các thông số cho bộ điều khiển PID như sau:
Cuối cùng thử nghiệm bộ điều khiển trên mô hình phi tuyến trong mô
phỏng Simulink bằng cách nhấn Update Block trong PID Tuner, các thông số sẽ
được cài đặt cho khối PID trong Simulink.
Chạy mô phỏng và kiểm tra lại đáp ứng đầu ra có đạt được yêu cầu mong muốn: