Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Cơ Điện Tử

MỤC LỤC
PHỤ LỤC HÌNH..................................................................................................... 1
PHỤ LỤC BẢNG.................................................................................................... 3
LỜI MỞ ĐẦU......................................................................................................... 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN BẰNG
CHƯƠNG TRÌNH SỐ ( MÁY CNC)..................................................................... 5
1. Các thành phần chính của máy phay CNC..................................................... 5
1.1. Phần điều khiển.................................................................................... 5
1.2. Phần chấp hành.................................................................................... 6
2. Sơ đồ động học chuyển động bàn máy X, Y. Trình bày sơ lược về quy trình
thiết kế hệ thống truyền động bàn máy X và Y.............................................. 6
2.1. Sơ đồ động học chuyển động bàn máy X và Y.................................... 6
2.2. Sơ lược về quy trình tính thiết kế hệ thống truyền động bàn máy X và
Y........................................................................................................... 7
CHƯƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN BÀN MÁY CNC BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID.....11
1. Điều khiển bàn máy X...................................................................................11
1.1. Xây dựng mô hình hàm truyền của hệ thống........................................11
1.2. Tìm hàm truyền đạt G(s).......................................................................14
1.3. Kiểm tra tính ổn định của hàm truyền G(s)...........................................14
1.4. Thiết kế bộ điều khiển PID...................................................................18
1.4.A. Những kiến thức cơ bản về bộ điều khiển PID..................................18
1.4.B. Vài trò của các khâu tỉ lệ, tích phân, vi phân.....................................20
1.4.C. Thiết kế bộ điều khiển PID controller theo phương pháp thực nghiệm
(Ziegler – Nichols 1) và thiết kế tự động PID theo công cụ Matlab. .22
2. Điều khiển bàn Y...........................................................................................25
2.1. Tìm hàm truyền bàn Y..........................................................................25
2.2. Kiểm tra tính ổn định của hàm truyền G(s)...........................................26
2.3. Thiết kế bộ điều khiển PID...................................................................30
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG KHI GIA CÔNG
THEO QUỸ ĐẠO CHO TRƯỚC...........................................................................32
1. Gia công đường thẳng...................................................................................32

2. Gia công theo đường tròn..............................................................................38
3. Kết luận.........................................................................................................44


CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN VỀ HOME VÀ CHƯƠNG
TRÌNH PLC TRÊN HỆ THỐNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CNC.....................45
1. Xây dựng sơ đồ thuật toán về Home..............................................................45
2. Chương trình PLC trên hệ thống điều khiển CNC.........................................47
2.1. Danh sách các biến đầu vào, đầu ra......................................................47
2.2. Chương trình PLC cơ bản.....................................................................48
KẾT LUẬN.............................................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................52


MỤC LỤC HÌNH
Hình 1-1: Cấu tạo bàn máy phay CNC....................................................................6
Hình 1-2: Sơ đồ động học chuyển động bàn máy...................................................7
Hình 1-3: Quy trình tính toán..................................................................................9
Hình 2-1: Mô hình bàn máy X................................................................................11
Hình 2-2: Mô hình hệ bàn máy................................................................................11
Hình 2-3: Đồ thị Nyquist.........................................................................................15
Hình 2-4: Kiểm tra tính ổn định bằng lệnh isct(sys)...............................................16
Hình 2-5: Đồ thị Bode.............................................................................................16
Hình 2-6: Đồ thị bước nhảy.....................................................................................17
Hình 2-7: Đồ thị đáp ứng xung Dirac của hệ..........................................................18
Hình 2-8: Điều khiển phản hồi vòng kín với bộ điều khiển PID.............................19
Hình 2-9: Vai trò khâu tỉ lệ trong bộ điều khiển PID..............................................20
Hình 2-10: Vai trò khâu tích phân trong bộ điều khiển PID....................................21
Hình 2-11: Vai trò khâu vi phân trong bộ điều khiển PID.......................................21
Hình 2-12: Đáp ứng quá độ.....................................................................................23

Hình 2-13: Tìm các thông số L, T, k cho bộ điều khiển PID...................................23
Hình 2-14: Bộ điều khiển PID cho bàn X...............................................................24
Hình 2-15: Đáp ứng xung bước nhảy của bàn X khi có bộ điều khiển PID............24
Hình 2-16: Bảng lựa chọn thông số PID bàn X.......................................................25
Hình 2-22: Bảng lựa chọn thông số PID bàn Y.......................................................31
Hình 3-1: Mô hình bàn máy xuất sang môi trường Matlab & Simulink.................32
Hình 3-2: Hệ thống bàn máy sau khi loại bỏ bớt các khối và cứng hóa các khối...36
Hình 3-3: Mô hình mô phỏng trên Matlab..............................................................36
1


Hình 3-4: Quỹ đạo mong muốn gia công đường thằng...........................................37
Hình 3-5: Quỹ đạo thực đường thẳng......................................................................37
Hình 3-6: Quỹ đạo chuyển động của 2 bàn máy gia công đường thằng.................38
Hình 3-8: Quỹ đạo mong muốn gia công đường tròn.............................................43
Hình 3-9: Quỹ đạo thực đường tròn........................................................................43
Hình 3-10: Quỹ đạo chuyển động của 2 bàn máy gia công đường tròn..................44
Hình 4-1: Điểm 0 của máy CNC.............................................................................45
Hình 4-2: Lưu đồ grafcet.........................................................................................47

2


MỤC LỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thông số thiết bị dẫn động hệ bàn máy CNC.........................................10
Bảng 2.1: Giá trị các hệ số độ cứng vít me trục X..................................................14
Bảng 2.2: Giá trị các hệ số độ cứng vít me trục Y...................................................26
Bảng 2.3: Thông số đầu vao, đầu ra của chương trình PLC điều khiển bàn máy
.................................................................................................................................47

3


LỜI MỞ ĐẦU
Trong sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa, phát triển khoa học kĩ thuật là
vấn đề quan trọng và cần sự quan tâm lớn. Việc sử dụng máy móc đề thay thế sức
lao động của con người là một xu hướng tất yếu để tăng năng suất lao động, tạo ra
nhiều sản phẩm chất lượng cao. Máy CNC là một tiến bộ vượt bậc của nền công
nghiệp. Sự xuất hiện của máy CNC đã nhanh chóng làm thay đổi quá trình sản xuất
công nghiệp. Các đường cong, cấu trúc phức tạp cũng được thực hiện dễ dàng giúp
tăng năng suất, giảm hao phí gia công. Các máy CNC phổ biến như: máy tiện,
phay, máy cắt laze, máy cắt dây CNC,..
Đồ án này, em sẽ tìm hiểu về quá trình tính toán và thiết kế hệ thống điều khiển
dẫn hướng bàn máy phay CNC. Nhiệm vụ chính là tính toán hàm truyền đạt, xét
tính ổn định, xác định các thông số của bộ điều khiển PID, mô phỏng điều khiển
bàn máy theo quỹ đạo thẳng, tròn, thuật toán về home.
Với đề tài được giao: Thiết kế điều khiển truyền động bàn máy phay CNC đã
giúp em tổng hợp được kiến thức đã học với thực hành.
Nội dung bao gồm:
- Phần 1: Thiết kế sơ đồ động học chuyển động X, Y; chọn động cơ servo phù
hợp cho từng bàn máy.
- Phần 2: Xây dựng mô hình toán học, khảo sát đặc tính khi điều khiển theo
quỹ đạo thằng, tròn.
- Phần 3: Mô phỏng hoạt động của hệ thống khi khi gia công thẳng, tròn bằng
phần mềm Matlab & Simulink
- Phần 4: Xây dựng sơ đồ thuật toán về Home và chương trình PLC trên 1 hệ
thống điều khiển CNC cụ thể
Em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Thái Việt, cùng các thầy cô trong Bộ Môn
Cơ Điện Tử - Viện Cơ Khí đã giúp em hoàn thành đồ án này. Do thời gian và kiến
thức còn hạn chế, chắc chắn không tránh khỏi sự thiếu sót, em kính mong nhận

được sự giúp đỡ và các ý kiến đóng góp của các thầy cô để đồ án của em được hoàn
thiện. Em xin chân thành cám ơn!
Hà Nội, Ngày Tháng Năm 2017
4


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BÀN MÁY
X VÀ Y CỦA MÁY PHAY CNC
1. Các thành phần chính của máy phay CNC:
Máy phay CNC gồm 2 thành phần chính là phần điều khiển và phần chấp
hành:
1.1. Phần điều khiển:
-

Chương trình điều khiển:
Là tập hợp các tín hiệu để điều khiển máy, được mã hóa dưới dạng chữ cái,

số và một số ký hiệu khác như dấu cộng, trừ, dấu chấm, gạch nghiêng ….. Chương
trình này được ghi lên cơ cấu mang chương trình dưới dạng mã số ( mã thập – nhị
phân như băng đục lỗ, mã nhị phân như bộ nhớ của máy tính).
-

Các cơ cấu điều khiển:
Nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình, thực hiện các phép biến đổi cần

thiết để có được tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt động của cơ cấu chấp hành,
đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thông qua các tín hiệu được gửi về từ
các cảm biến liên hệ ngược. Bao gồm các cơ cấu đọc, cơ cấu giải mã, cơ cấu
chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu nội suy, cơ cấu so sánh, cơ cấu khuếch đại, cơ
cấu đo hành trình, cơ cấu đo vận tốc, bộ nhớ và các thiết bị xuất nhập tín hiệu.

Cụm điều khiển có nhiệm vụ liên kết các chức năng để thực hiện điều khiển
máy, các chức năng bao gồm:
+ Số liệu vào (Data Input)
+ Xử lý số liệu (Data Procesing)
+ Số liệu ra (Data Output)
+ Ghép nối vào (Machine I/O interface)
+ Phần cứng điều khiển bao gồm 6 thành phần :
5




Máy tính CPU



Bộ nhớ RAM, ROM



Hệ thống BUS



Điều khiển trình tự PMC



Điều khiển Servo



Bộ phận ghép nối

1.2.Phần chấp hành:

6


Hệ dẫn động bàn máy gồm các thành phần: Thân máy, đế máy, bàn máy,
băng dẫn hướng, trục vít ve, đai ốc, động cơ.

2.

Sơ đồ động học chuyển
động
bàn máy
Y. Trình
bày sơ lược về quy trình
Hình
1.1.Cấu
tạo X
bànvàmáy
phay CNC
thiết kế hệ thống truyền động bàn máy X và Y.
2.1. Sơ đồ động học chuyển động bàn máy X và Y

7
Hình 1.2.Sơ đồ động học chuyển động bàn máy

Hệ thống dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng chuyển động cho các bàn máy
theo trục X, Y.
Nguyên lý: Động cơ quay truyền chuyển động qua bộ truyền động đai (hoặc
xích) được lắp ở 1 đầu trục vít, truyền chuyển động quay cho vit me. Vit me được
gá đặt trên 2 ổ đỡ ở hai đầu quay tạo chuyển động tịnh tiến cho đai ốc. Đai ốc được
lắp với bàn Y bằng bulong, đai ốc di chuyển dọc theo trục vít me giúp bàn Y
chuyển động tịnh tiến trượt trên 2 thanh ray song song với trục vít me lắp cố định
trên thân máy thân máy.Bàn X cũng chuyển động tương tự.
Yêu cầu: hệ thống thanh trượt phải thẳng, có khả năng tải cao, độ cứng vững
tốt, trơn khi trượt, không có hiện tượng dính.
2.2.

Sơ lược về quy trình thiết kế hệ thống truyền động bàn máy X và Y:

Số liệu cho trước:
- Loại máy CNC: máy phay

8


- Chế độ cắt thử nghiệm: phay mặt đầu, 8 lưỡi cắt, D = 80mm, JIS,
SUS440C,

grade 4040, v = 100 m/phút, t = 0,8 mm, F = 900 mm/phút.

- Khối lượng lớn nhất của chi tiết gia công:M = 700 kg
- Khối lượng bàn máy X: Mx= 140kg
- Khối lượng bàn máy Y: My= 220kg
- Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công : V1=20m/ph = 0,33m/s

- Vận tốc chạy lớn nhất khi gia công : V2 = 10m/ph = 0,16 m/s
- Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống : a=0,4g=4m/s2
- Thời gian hoạt động : Lt= 20000h ( khoảng 5 đến 7 năm)
- Tốc độ vòng động cơ : N max =2000 vòng/phút
- Hệ số ma sát trượt : =0,1 N max
- Cho trước các kết cấu của cụm bàn máy X,Y để gắn vít me bi và ray dẫn
hướng : />- Cho trước tài liệu hướng dẫn của hãng sản xuất vít me và ray dẫn hướng
PMI.
- Cho trước tài liệu của các hãng sản xuất động cơ ANILAM

9


Quy trình tính toán:

Hình 1.3.Quy trình tính toán
10


Tham khảo đồ án Thiết kế cơ khí các bước, công thức tính toán em đã chọn
được các thiết bị dẫn động như vitme đai ốc bi, ổ đỡ vitme, ray dẫn hướng, động cơ
servo như sau:
Bảng 1.1: Thông số thiết bị dẫn động hệ bàn máy CNC
STT

Hãng sản

Chi tiết lựa chọn

Tên sản phẩm

1

Vít me bi trục X

45-10B2-FDWC

PMI

2

Vít me bi trục Y

50-10B2-FDWC

PMI

3

Ổ bi đỡ - chặn trục X

7408 BCBM

SKF

4

Ổ bi đỡ - chặn trục Y

7409 BCBM

SKF

5

Ổ bi đỡ trục X

6408

SKF

6

Ổ bi đỡ trục Y

6409

SKF

7

Ray dẫn trục X

MSA 35 A

PMI

8

Ray dẫn trục Y

MSA 35 LA

PMI

9

Động cơ trục X

AM 1160E

ANILAM

10

Động cơ trục Y

AM 1400A

ANILAM

CHƯƠNG 2:

xuất

ĐIỀU KHIỂN BÀN MÁY CNC BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN

PID
Với việc đã có số liệu về các thiết bị dẫn hướng đã có trong chương 1,
chương 2 này ta đi xây dựng mô hình toán học, khảo sát đặc tính khi điều khiển

11


chuyển động thẳng đều, vòng tròn, góc vuông của bàn máy X, Y bằng bộ điều
khiển phản hồi PID.
1. Điều khiển bàn máy X:
1.1.

Xây dựng mô hình hàm truyền của hệ thống

Bàn máy được lắp trên vít me, vít me được nối với động cơ qua khớp nối.
Khi động cơ quay thì vít me quay nhờ đó bàn máy chuyển động tính tiến dọc trục
vít me. Để điều khiển tốc độ chạy bàn máy cũng chính là điều khiển tốc độ quay
của động cơ.

Hình 2.1.Mô hình bàn máy X
Từ mô hình bàn X máy CNC như trên ta có mô hình hóa hệ bàn máy như sau:
Trong sơ đồ mô hình hóa bàn máy X:

12

-

Hình
2.2.Mô
hình hóa hệ bàn máy
M: Khối lượng bàn
máy
và phôi

-

K: hệ số độ cứng của vít me, ổ bi, nối trục, ray dẫn hướng

-

b: hệ số giảm chấn

-

�F=F

dc

+Fms

: Các lực tác dụng gồm lực động cơ và lực ma sát


-

x: là khoảng dịch chuyển của bàn máy

a, Các thông số đầu:
-

Khối lượng phôi: m=700kg;

-

Hệ số ma sát: f = 0.1;

-

Bước vít me: l=10mm;

-

Chiều dài vít me: L=1200mm;

b, Phương trình toán học:
Theo mô hình ta có:
r uur uu
r
r
F+Fdh +Fb =Ma

(2.1)

Chiếu lên phương dịch chuyển ta được:

M.a(t) + b.v(t)+K.x(t)= �F

(2.2)

c, Tổng lực tác dụng: gồm lực động cơ và lực ma sát

-

Lực động cơ: k b

Fdc =K.x(t)=k.θ(t).

l
2π

Trong đó:
+ θ(t) là góc quay của động cơ cần để tạo ra một dịch chuyển x(t)
+ l: bước vít
.

-

Lực ma sát: Fms =fmg x với f là hệ số ma sát (f=0.1)

d, Hệ số độ cứng:

1 1 1
1
1
1
= + +
+
+
K k c k b k g +k s k ch k n

13

(2.3)

Trong đó:
-

k c : độ cứng của nối trục

Chọn kiểu nối trục Single plexing coupling với kích thước đường kính trong
4
45mm. Độ cứng của nó là 294.2×10 (Nm/rad).

“Tài liệu Coupling 2 trang 14”

[1]

-

k b : độ cứng ổ bi tra cứu trong catalog của hãng SKF

-

kg

-

k ch : độ cứng càng cua

-

k s : độ cứng trục vít me

: độ cứng ray dẫn hướng tra cứu trong catalog của hãng PMI

A.Eπdr×E
ks =
×10-3 =
x

2

4x

×10-3

=19,9kgf/μm

Trong đó:
A: Diện tích mặt cắt ngang trục vít me
πdr 2 π.38,052
=
=1137mm 2
4
A= 4
4
2
E: Hệ số modul Young, E= 2,1.10 kgf/mm

x: Khoảng cách gá đặt , x= L x =1200mm
-

k n : Độ cứng của bi trong trục vít me

1
Fa 13
420
k n =0,8×k(
) =0,8×167×(
) 3 =75.107 (N/m)
0,3Ca
0,3.7760

(Fa: lực dọc trục, k: hệ số độ cứng tra trong bảng thông số vít me ở đồ án 1)
14


Ta có kết quả độ cứng như bảng dưới đây:
Bảng 2.1. Giá trị các hệ số độ cứng
kc

kb

294.2×104

222 �10

6

kg

ks

k ch

kn

3 �109

19,9 �10 7

2 �105

75 �107

5

Từ đó ta tính được độ cứng K=1,87 �10 (N/m)
e, Hệ số giảm chấn:

B=2ξ KM =2.0,35. 1,87.105 .840=8,77.103
1.2.

Tìm hàm truyền đạt G(s)

Từ phần trên ta có phương trình toán học:
..

.

M.x (t)+B.x (t)+Kx=Kθ(t).

.
l

-fMg x (t)
2π

Sử dụng toán tử Laplace 2 vế của phương trình ta được:
l
-fMgsX(s)
2π
l
2
�
��
Ms
+(B+fMg)s+K
X(s)=Kθ(s)
�
�
2π
K.l
10.10-3
1,87.105 .
X(s)
2π
2π
� G(s)=
=
=
2
2
3
θ(s) Ms +(B+fMg)s+K 840s +(8,77.10 +0,1.840.9,81)s+1,87.105

297,6
� G(s)=
840s 2 +9594s+1,87.105
Ms 2 X(s)+BsX(s)+KX(s)=Kθ(s)

1.3.

Kiểm tra tính ổn định của hàm truyền G(s)

a, Kiểm tra sự ổn định của hệ :

B(s)
297,6
=
A(s) 840s 2 +9594s+1,78.105
15


Nếu tất cả các nghiệm của biểu thức A(s) đều nằm bên trái trục ảo hay khi đó
A(s) được gọi là đa thức Hurwitz, ta dùng lệnh roots(A(s)) được bộ nghiệm sau
đây:

x1 = -5.7107+13.3900i
x 2 = -5.7107-13.3900i
Do phương trình đặc trưng của hàm truyền A(s) có 2 nghiệm ảo có phần thực
âm nên hệ sẽ ổn định.
b, Kiểm tra sự ổn định của hệ kín:
Dùng tiêu chuẩn Nyquist, dùng lệnh Nyquist(num,den) trong matlab ta có
được đồ thị Nyquist như sau:

Hình 2.3. Đồ thị Nyquist của hệ
Qua đồ thị ta nhận xét rẳng : Theo định lý 2.22 (Nyquist) ( Sách ‘Cơ sở lí
thuyết điều khiển tuyến tính’) thì ‘Nếu hàm truyền Gh(s) của hệ hở có m điểm cực
không nằm bên trái trục ảo thì điều kiện cần và đủ để hệ kín ổn định là đồ thị
Nyquist của hệ hở bao điểm (-1+0j) của mặt phẳng phức m lần theo chiều ngược
chiều kim đồng hồ’. Ta thấy rằng đồ thị Nyquist không bao điểm (-1+0j) nên sẽ
16


không có điểm cực nào nằm trên trục ảo hoặc bên phải trục ảo, cho nên hệ kín sẽ ổn
định.
Dùng lệnh isct(sys) để kiêm tra tính ổn định. Ta nhận được giá trị ‘‘1’’ chứng
tỏ hệ thống ổn định.

Hình 2.4. kiểm tra tính ổn định bằng lệnh isct(sys)
Đồ thị Bode
Dùng lệnh bode(num,den) trong matlab ta được đồ thị bode như sau:

17


Hình 2.5. Đồ thị Bode
o
Nhận xét: Đường pha ở trên đường 180 nên hệ kín ổn định.

c, Kiểm tra đáp ứng của hệ với một số tín hiệu thông thường:

18

-

Đáp ứng bước nhảy: dùng lệnh step(sys) ta được đồ thị đáp ứng bước nhảy

sau

Hình 2.6. Đồ thị đáp ứng bước nhảy
Nhận xét: Với độ nhảy vọt (overshoot) lên đến α max =26,2% , Tmax =0,234s
điều này là không thể chấp nhận được với hệ thống khi mà yêu cầu đặt ra độ quá độ
điều chỉnh là 2%. Hơn nữa ở đây chúng ta cho hệ kích thích bằng tín hiệu 1(t)
nhưng hệ không bám lấy đầu vào.

-

Đáp ứng xung Dirac ( hàm trọng lượng): dùng lệnh impulse(sys) ta được đồ

thị đáp ứng xung Dirac như sau

19


Hình 2.7. Đồ thị đáp ứng xung Dirac của hệ
1.4. Thiết kế bộ điều khiển PID
1.4.1. Những kiến thức cơ bản về bộ điều khiển PID
Bộ điều khiển PID có nhiệm vụ đưa ra sai lệch e(t) của hệ thống về 0 sao cho
quá trình quá độ thỏa mãn các yêu cầu cơ bản về chất lượng.
- Nếu sai lệch e(t) càng lớn thì thông qua khâu khuếch đại, tín hiệu u(t) càng
lớn.
- Nếu sai lệch e(t) chưa bằng 0 thì thông qua khâu tích phân, PID vẫn còn tạo
ra tín hiệu điều chỉnh.

- Nếu sai lệch e(t) càng lớn thông qua khâu vi phân, phản ứng thích ứng của
u(t) sẽ càng nhanh.
Bộ điều khiển PID được mô tả bằng mô hình vào – ra:
t

1
de(t)
u(t)=k p (e(t)+ �
e(τ)dτ+TD
)
TI 0
dt

Trong đó :
20

(2.4)


e(t) là tín hiệu đầu vào bộ điều khiển
u(t) là tín hiệu đầu ra bộ điều khiển
kp

được gọi là hệ số khuếch đại

TI là hằng số tích phân
TD là hằng số vi phân

Từ mô hình vào ra ta có hàm truyền của bộ điều khiển PID:
1

U(s)
R(s)=k p (1+ +TDs)
TIs
R(s)= E(s) =

(2.5)

Hình 2.8.Điều khiển phản hồi vòng kín với bộ điều khiển PID
1.4.2. Vai trò của các khâu tỉ lệ, tích phân, vi phân
a, Khâu tỉ lệ:
Hình 2.9. Vài trò của khâu tỉ lệ trong bộ điều khiển PID
Giá trị càng lớn thì tốc độ đáp ứng càng nhanh, do đó sai số càng lớn, bù
khâu tỉ lệ càng lớn. Nếu độ lớn của khâu tỉ lệ quá cao, hệ thống sẽ không ổn định.
Độ lớn nhỏ là do đáp ứng đầu ra nhỏ, trong khi sai số đầu vào lớn, và làm cho bộ

21


điều khiển kém nhạy, hoặc đáp ứng chậm. Nếu độ lợi của khâu tỉ lệ quá thấp, tác
động điều khiển có thể sẽ quá bé khi đáp ứng với các nhiễu của hệ thống.
b, Khâu tích phân:
Phân phối của khâu tích phân (đôi khi còn gọi là reset) tỉ lệ thuận với biên độ
sai số lẫn quãng thời gian xảy ra sai số. Tổng sai số tức thời theo thời gian ( tích
phân hai số) cho ta tích lũy bù đã được hiệu chỉnh trước đó. Tích lũy sai số sau đó
được nhân với độ lợi tích phân và cộng với tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển. Biên
độ phân phối của khâu tích phân trên tất cả tác động điều chỉnh được xác định bởi
độ lợi tích phân K i .
Giá trị càng lớn kéo theo sai số bị khử càng nhanh. Đổi lại là độ vọt lố càng
lớn: bất kì sai số âm nào được tích phân trong suốt quá trình đáp ứng quá độ phải
được triệt tiêu tích phân bằng sai số dương trước khi tiến tới trạng thái ổn định.

Hình 2.10. Vai trò khâu tích phân trong bộ điều khiển PID

22


c, Khâu vi phân:

Hình 2.11. Vai trò của khâu vi phân trong bộ điều khiển PID
Khâu vi phân làm giảm tốc độ thay đổi của đầu ra bộ điều khiển, đặc tính này
là đáng chú ý nhất để đạt tới điểm đặt của bộ điều khiển. Từ đó điều khiển vi phân
được sử dụng để làm giảm biên độ vọt số được tạo ra bởi thành phần tích phân và
tăng cường độ ổn định của bộ điều khiển hỗn hợp. Tuy nhiên, phép vi phân của một
tín hiệu sẽ khuếch đại nhiễu và do đó khâu này sẽ nhạy hơn đối với nhiễu trong sai
số và có thể khiến quá trình trở nên không ổn định nếu nhiễu và độ lợi vi phân đủ
lớn.
23