HỆ THỐNG điều KHIỂN tự ĐỘNG bộ điều KHIỂN tỷ lệ PID


SEMINAR MÔN H
Ọ
C :

K
Ỹ
THU
Ậ
T ĐO VÀ D
Ụ
NG C
Ụ
ĐO

Đ
Ề
TÀI:

 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
BỘ ĐIỀU KHIỂN TỶ LỆ PID








 TỔNG QUAN
Trong seminar này chúng ta sẽ tìm hiểu phương

pháp mô hình hoá một hệ thống điều khiển tự động
bao gồm :
◦ Hàm truyền và phương trình trạng thái của hệ
thống
◦ Đáp ứng vòng hở và đáp ứng vòng kín của hệ thống
◦ Xây dựng bộ điều khiển PID
◦ Chỉnh định thông số của bộ điều khiển và khảo sát
đáp ứng của hệ thống


2 2
 MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TIÊU BIỂU
 HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG
THÁI CỦA HỆ THỐNG
Trong điều khiển tự động người ta thường
biểu diễn một hệ thống vật lí bằng hàm
truyền (transfer function) hay phương trình
trạng thái (state space equation) của nó(đối
với hệ phi tuyến, để đạt điều này, người ta
phải dùng phương pháp tuyến tính hóa
từng đoạn).
 Giả sử có hệ thống điều khiển tốc độ motor
DC như hình sau:

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


 HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG

THÁI CỦA HỆ THỐNG(tt)
 Phương trình vi phân mô tả hệ thống như
sau:




 Hàm truyền: biến đổi Laplace 2 vế của
phương trình trên ta được


=>




 HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI
CỦA HỆ THỐNG(tt)
◦ Phương trình trạng thái: Dạng tổng quát


Với X là véctơ trạng thái, U là véctơ tín hiệu
vào và Y là véctơ tín hiệu ra

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

ta có :


 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
Định nghĩa:
Bộ điều khiển PID (A proportional integral derivative
controller) là bộ điều khiển sử dụng kỹ thuât điều
khiển theo vòng lặp 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 PID(tt)
◦ SƠ ĐỒ KHỐI CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)
◦ Trong đó hàm truyền của khâu PID là:



Với:


 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)
Việc hiệu chỉnh 3 thông số KP, KI, KD sẽ làm tăng chất
lượng điều khiển. Ảnh hưởng của 3 thông số này
lên hệ thống như sau:


 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)

 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)
◦ bộ điều khiển tỉ lệ P:



◦ Đáp ứng vòng kín của bộ tỉ lệ như sau


 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)
◦ bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ:


2 19
 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)
◦ Hiệu chỉnh thông số của bộ điều khiển PID:
Một phương pháp cổ điển nhưng đơn giản và hiệu
quả để chỉnh định 3 thông số KP, KI, KD của bộ điều
khiển PID là phương pháp Ziegler Nichols thủ tục
chỉnh định như sau:
1. Chỉ điều khiển hệ thống bằng bộ điều khiển tỉ
lệ KP (đặt KI=KD =0)
2. Tăng KP đến giá tri KC mà ở đó hệ thống bắt
đầu bất ổn (bắt đầu xuất hiện sự dao động - điểm
cực của hàm truyền kín nằm trên trục ảo jω xác
định tần số ωc của dao động vừa đạt
2 20
 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)
◦ Hiệu chỉnh thông số của bộ điều khiển PID(tt):
từ 2 giá trị KC và ωc vừa đạt các thông số KP, KI,
KD được xác định như bảng sau:

3. Tinh chỉnh lại 3 thông số này để đạt
được đáp ứng như mong muốn

2 21
 KẾT LUẬN:
◦ PID là một trong những lí thuyết cổ điển và c nhất
dùng cho điều khiển tuy nhiên nó vẫn được ứng
dụng rộng ri cho đến ngày nay
◦ Động cơ khi quay với một tốc độ xác định thì rõ
ràng khi quay nó có hiện tượng giật. PID có thể làm
tốt hơn việc đó
2 22