Lý thuyết Điều khiển tự động 1
Bộ điều khiển tỷ lệ-tích phân- vi phân (PID)
cuu duong than cong . co m
ThS. Đỗ Tú Anh Bộ môn Điều khiển tự động Khoa Điện, Trường ĐHBK HN
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
11-1
Sơ lược về bộ điều khiển PID
Sơ đồ khối một hệ thống điều khiển tự động
Bộ điều khiển PID
Bộ điều khiển PID
HSKĐ tích phân HSKĐ tỷ lệ
cuu duong than cong . co m
PID Proportional-Intergral-Derivative
Lý thuyết ĐKTĐ 1
Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
HSKĐ vi phân
11-2
Sơ lược về bộ điều khiển PID (tiếp)
và
trong đó
Hằng số thời gian vi phân
Hằng số thời gian tích phân
Nhận xét
• Có một điểm cực nằm tại gốc tọa độ
• Có haiđ iểm không với vị trí phụ thuộc vào Kp, Ti , Td.
Nhiệm vụ
cuu duong than cong . co m
Lựa chọn (chỉnh định) các tham số Kp, Ti, Td để hệ thống đạt được chất lượng như mong muốn (tốt nhất có thể).
Các bộ điều khiển trong họ PID
Bộ điều khiển P, I, PI, PD, PID
Lý thuyết ĐKTĐ 1
Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
11-3
Sơ lược về bộ điều khiển PID (tiếp)
Ví dụ về hệ thống điều khiển robot hàn
Bộ đk I
cuu duong than cong . co m
0
84
K<
<
Lý thuyết ĐKTĐ 1
Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Điều kiên ổn định
11-4
Sơ lược về bộ điều khiển PID (tiếp)
Ví dụ về hệ thống điều khiển độ dày trong quá trình cán kim loại
Bộ đk P
Không có giá trị nào của K để hệ ổn định
Hệ ổn định với K > 0
Bộ đk PD
cuu duong than cong . co m
Việc lựa chọn bộ điều khiển phụ thuộc vào mô hình toán học của đối tượng và các yêu cầu chất lượng đặt ra cho hệ thống.
Lý thuyết ĐKTĐ 1
Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
11-5
Bộ điều khiển tỷ lệ P
K=
G s ( ) c
p
Tín hiệu điều khiển u(t) tỉ lệ với giá trị tức thời của sai lệch e(t)
Ưu điểm của luật tỷ lệ
Do tính tác động nhanh và tức thời nên cải thiện được tốc độ đáp ứng của hệ thống
Nhược điểm
cuu duong than cong . co m
• Không bảo đảm sai lệch e(t) tiến tới 0
• Hệ nhạy cảm hơn với ảnh hưởng của nhiễu đo
Lý thuyết ĐKTĐ 1
Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
11-6
Bộ điều khiển tỷ lệ-tích phân PI
Tín hiệu điều khiển u(t) tỉ lệ với tích lũy của sai lệch e(t)
Ưu điểm của luật tích phân
Cho phép triệt tiêu sai lệch tĩnh
Nhược điểm
cuu duong than cong . co m
• Bôđ k thuần túy tích phân đáp ứng chậm so với sự thay đổi của e(t)
• Hệ kém ổn định hơn.
Lý thuyết ĐKTĐ 1
Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
11-7
Bộ điều khiển tỷ lệ-tích phân PI (tiếp)
ụ
V í d
=
pG
1)
1 ( s s +
Thay đổi Kp và Ki như sau
(
K
(
K
)
(
K
>
>
) 1
p
2
p
) , 3
p
(
K
(
K
(
K
)
>
>
) 1
i
i
2
i
) . 3
Giảm Kpvà Ki sẽ làm giảm dao động và hệ ổn định hơn.
cuu duong than cong . co m
Lý thuyết ĐKTĐ 1
Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
11-8
Bộ điều khiển tỷ lệ-vi phân PD
Tín hiệu điều khiển u(t) tỉ lệ với sự thay đổi của sai lệch e(t)
Ưu điểm của luật vi phân
cuu duong than cong . co m
• Do đoán trước chiều hướng và tốc độ thay đổi của sai lệch và đưa ra phản ứng thích hợp nên làm tăng tốc độ đáp ứng của hệ
• Hệ ổn định hơn
Nhược điểm
Quá nhạy cảm với nhiễu đo
Lý thuyết ĐKTĐ 1
Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
11-9
Bộ điều khiển tỷ lệ-vi phân PD (tiếp) Đồ thị Bode của khâu bất kỳ Tiêu chuẩn Nyquist (tiếp) Tiêu chuẩn Nyquist (tiếp)
ụ
V í d
=
pG
1)
1 ( s s +
Xét hai trường hợp
• Sử dụng bộ điều khiển P
• Sử dụng bộ điều khiển PD
Thành phần vi phân làm giảm độ quá điều chỉnh và giảm dao động.
cuu duong than cong . co m
Lý thuyết ĐKTĐ 1
Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
11-10
Bộ điều khiển tỷ lệ-tích phân-vi phân PID Đồ thị Bode của khâu bất kỳ Tiêu chuẩn Nyquist (tiếp) Tiêu chuẩn Nyquist (tiếp)
và
Điểm không: a 1/ s =− b s 1/ =−
và
trong đó
Điểm cực: 0s=
Ưu điểm
Kết hợp được các ưu điểm của bộ đk PI và PD
Bài toán thiết kế bộ đk PID
cuu duong than cong . co m
Xác định các tham số Kp, Ti, Td sao cho hệ thống đạt được chất lượng mong muốn: t/g tăng và t/g xác lâp ngắn, độ quá điều chỉnh nhỏ, sai lệch tĩnh bằng 0, …
Lý thuyết ĐKTĐ 1
Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
11-11
Bộ điều khiển PID (tiếp)
Ảnh hưởng của từng tham số PID tới chất lượng điều khiển
Thay đổi tham số Chỉ tiêu chất lượng
Tăng Kp giảm Giảm Ti giảm ít Tăng Td giảm ít Thời gian đáp ứng
Thời gian quá độ giảm giảm thay đổi ít
tăng Độ quá điều chỉnh tăng giảm ít
thay đổi ít Hệ số tắt dần tăng giảm
giảm triệt tiêu thay đổi ít Sai lệch tĩnh
Tín hiệu điều khiển tăng tăng tăng
giảm giảm tăng Độ dự trữ ổn định
cuu duong than cong . co m
Lý thuyết ĐKTĐ 1
Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
giảm Bền vững với nhiễu đo thay đổi ít giảm
11-12
Bộ điều khiển PID (tiếp)
Biểu đồ lựa chọn các thành phần của bộ điều khiển PID
Không
Có cần thiết sai lệch tĩnh đối với tín hiệu vào bước nhảy bằng 0?
Có
Không
Tín hiệu phản hồi về chịu nhiều ảnh hưởng của nhiễu đo?
Có yêu cầu độ quá điều chỉnh nhỏ với thời gian xác lập ngắn?
Có Không
cuu duong than cong . co m
Có
Lý thuyết ĐKTĐ 1
Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Chọn bộ đk PI Chọn bộ đk PID Chọn bộ đk P
11-13
Hiện thực hóa bộ điều khiển PID
cuu duong than cong . co m
Lý thuyết ĐKTĐ 1
Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
11-14
Hiện thực hóa bộ điều khiển PID (tiếp)
cuu duong than cong . co m
Lý thuyết ĐKTĐ 1
Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
