Đề tài thiết kế mô hình hệ thống Điều khiển tự Động quá trình Ổn Định tốc Độ của băng chuyền

Nó tạo ra tín hiệu nhằm điều chỉnh tỉ lệ và sai lệch đầu vào với thời gian lấy mẫu.. Nó giúp tạo và điều chỉnh tín hiệu sao cho tỉ lệ với tốc độ thay đổi sai lệch ở đầu vào.. Trong trườn

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO KẾT THÚC HỌC PHẦN HỌC PHẦN: TRANG BỊ ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA

Đề tài: Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động quá

trình ổn định tốc độ của băng chuyền

Lớp: Kỹ sư Tự động hóa 3 – K62 Người hướng dẫn: TS Lê Thị Thúy Nga

Thành viên nhóm: Nguyễn Tiến Anh – 211604583

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Giao thông vận tải nói chung và quý thầy cô bộ môn Điều khiển học nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức chuyên môn quý báu cũng như hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài

Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Lê Thị Thúy Nga – giảng viên hướng dẫn, người đã tận tâm hỗ trợ, định hướng và đồng hành cùng nhóm trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện đề tài “Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tự động quá trình ổn định tốc độ của băng chuyền”

Chúng em kính chúc quý thầy cô dồi dào sức khỏe, luôn thành công trong công tác giảng dạy và tiếp tục đóng góp tích cực vào sự nghiệp giáo dục, đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cho đất nước

Chúng em xin trân trọng cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN I

I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI: 1

1 Giới thiệu đề tài: 1

2 Lí do chọn đề tài: 1

3 Mục tiêu đề tài: 2

4 Phương pháp thực hiện: 2

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT: 2

1 Khái quát về PID: 3

2 Khái quát về vi điều khiển: 6

III THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG: 8

1 Sơ đồ khối hệ thống: 8

2 Thiết bị cho mô hình thực tế: 8

2.1 Vi điều khiển Arduino Uno R3: 8

2.2 Module L298N: 12

2.3 Động cơ encoder JGB37 – 520: 20

2.4 Màn hình LCD 16x2 x I2C: 23

2.5 Một số linh kiện khác: 26

3 Sơ đồ nối dây mô hình thực tế: 30

IV THIẾT KẾ PHẦN MỀM: 31

1 Lưu đồ thuật toán: 31

2 Lập trình: 32

3 Mô phỏng trên phần mềm Proteus: 36

V KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM: 37

1 Mô hình thực tế sau khi thiết kế: 38

2 Kết quả thực nghiệm: 39

VI KẾT LUẬN: 41

1 Kết quả đạt được: 41

2 Hạn chế của đồ án: 41

3 Hướng phát triển: 42

Các phương pháp xác định được các thông số KP, KI, KD:

- Phương pháp Zeigler-Nichols

- Phương pháp phản hồi rơ le

- Phương pháp tối ưu độ lớn và phương pháp tối ưu đối xứng

- Cohen-Coon

- Phương pháp gán thời gian xác lập

- Thử sai

2 Khái quát về vi điều khiển:

- Vi điều khiển (Microcontroller Unit - MCU) là một máy tính thu nhỏ được tích hợp

trong một vi mạch (IC), được thiết kế chuyên biệt để điều khiển các thiết bị điện tử

Nó là một hệ thống khép kín bao gồm:

+ Bộ vi xử lý (CPU) với hiệu năng vừa đủ và chi phí thấp,

+ Bộ nhớ chương trình (Flash/ROM) và bộ nhớ dữ liệu (RAM),

+ Các ngoại vi tích hợp như cổng vào/ra (GPIO), bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự – số

(ADC), số – tương tự (DAC), bộ định thời (timer), bộ đếm (counter), và các giao thức truyền thông như UART, SPI, I2C

- Vi điều khiển thường được sử dụng để xây dựng các hệ thống nhúng (embedded

systems) — nơi nó điều khiển, giám sát và tương tác với các thiết bị khác Nó có mặt trong hầu hết các thiết bị điện tử hiện đại như máy giặt, lò vi sóng, đầu đọc DVD, máy lạnh, quạt có điều khiển từ xa, lò nướng, và hàng loạt sản phẩm công nghiệp – dân dụng khác

→ Các dòng vi điều khiển phổ biến hiện nay

- PIC (Peripheral Interface Controller) – Microchip

PIC là một trong những dòng vi điều khiển lâu đời và phổ biến nhất do Microchip Technology phát triển Với kiến trúc đơn giản, độ tin cậy cao, dễ lập trình và giá thành hợp lý, PIC được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống công nghiệp, tự động hóa và đặc biệt phổ biến trong giảng dạy tại các trường đại học, cao đẳng

- Các dòng phổ biến: PIC16F, PIC18F

+ IDE: MPLAB X, trình biên dịch XC8

- Bên cạnh đó, đề tài cũng là cơ hội để nhóm vận dụng các kiến thức đã học về điều khiển tự động, truyền động điện, cảm biến và lập trình vào một mô hình thực tế Qua quá trình thực hiện đề tài, nhóm mong muốn rèn luyện thêm kỹ năng thiết kế kỹ thuật,

tư duy hệ thống và khả năng làm việc nhóm để chuẩn bị tốt hơn cho công việc sau này trong môi trường kỹ thuật – công nghiệp chuyên nghiệp

3 Mục tiêu đề tài:

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động và ảnh hưởng của tốc độ băng chuyền trong dây chuyền sản xuất, từ đó đề xuất phương pháp điều khiển tối ưu giúp quá trình vận hành diễn ra ổn định

- Thiết kế và xây dựng mô hình mô phỏng thu nhỏ của hệ thống băng chuyền có điều khiển tốc độ, đáp ứng yêu cầu ổn định khi có thay đổi tải hoặc điều kiện làm việc

- Rèn luyện kỹ năng thực hành kỹ thuật, kỹ năng thiết kế mạch điều khiển, lập trình và làm việc nhóm, chuẩn bị cho công việc trong môi trường công nghiệp tự động hóa sau khi ra trường

- Đóng góp vào việc học tập và nghiên cứu khoa học, tạo tiền đề cho các đề tài nghiên cứu ứng dụng sâu hơn trong lĩnh vực điều khiển tự động và sản xuất thông minh

→ LCD 16x2 giao tiếp qua I2C

→ Nguồn 5V cho Arduino và Encoder

→ Nguồn 12V cho động cơ giảm tốc

- Sau khi thiết kế mô hình xong thì em sẽ tiến hành khảo sát hệ thống với từng bộ điều khiển PD, PI, PID để tìm các thông số KP, KI, KD để hệ thống đạt chất lượng tốt nhất Sau đó, quan sát đáp ứng ngõ ra trên MATLAB và lập bảng tính toán các thông số như

độ vọt lố, sai số xác lập, thời gian xác lập của hệ thống; rút ra nhận xét và đưa ra kết luận

II Cơ sở lý thuyết:

Hình 2.1: Bộ điều khiển PID

Ta có công thức toán học của bộ điều khiển PID như sau:

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑃𝑒(𝑡) + 𝐾𝐼∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡 + 𝐾𝐷 𝑑

𝑑𝑡𝑒(𝑡) Với e(t) là tín hiệu vào bộ điều khiển, u(t) là tín hiệu ngõ ra bộ điều khiển

Trong đó:

- 𝐾𝑃: là khâu tỉ lệ Nó tạo ra tín hiệu nhằm điều chỉnh tỉ lệ và sai lệch đầu vào với thời gian lấy mẫu

- 𝐾𝐼∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡: là khâu tích phân Nó thực hiện bằng cách tạo và điều chỉnh tín hiệu cho

độ sai lệch giảm về 0 Với thời gian càng nhỏ thì việc hiệu chỉnh tích phân càng mạnh, đồng thời độ lệch càng nhỏ

𝑑𝑡 : là khâu vi phân Nó giúp tạo và điều chỉnh tín hiệu sao cho tỉ lệ với tốc độ thay đổi sai lệch ở đầu vào Khác với phương pháp trên, thời gian càng lớn thì việc hiệu chỉnh vi phân càng mạnh, đồng thời sự thay đổi đầu vào càng nhanh

- Tín hiệu điều khiển là tổng của 3 thành phần: Tỉ lệ, tích phân, vi phân

- Hàm truyền của bộ điều khiển PID:

- Thành phần tì lệ (P):

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑝 𝑒(𝑡) + Tác động của thành phần tích phân đơn giản là tín hiệu điều khiển tỉ lệ tuyến tính với sai lệch điều khiển Ban đầu khi sai lệch lớn thì tín hiệu điều khiển lớn Sai lệch điều

I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI:

1 Giới thiệu đề tài:

- Trong những năm gần đây, hệ thống băng chuyền ngày càng khẳng định vai trò quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp, đặc biệt là trong các dây chuyền sản xuất hiện đại Việc ứng dụng băng tải giúp doanh nghiệp tiết kiệm nhân công, giảm thiểu sức lao động thủ công và tối ưu hóa thời gian vận hành, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và năng suất lao động

- Thực tế đã cho thấy, dù nền công nghiệp Việt Nam trải qua nhiều biến động và thách thức, nhưng nhờ vào việc ứng dụng mạnh mẽ các hệ thống máy móc, đặc biệt là các thiết bị truyền tải như băng tải, nhiều doanh nghiệp đã từng bước ổn định và phát triển sản xuất Băng tải công nghiệp ngày nay đã trở thành thiết bị không thể thiếu trong hầu hết các nhà máy, xí nghiệp và dây chuyền sản xuất hiện đại

- Mỗi lĩnh vực công nghiệp đều có những đặc thù riêng, nhưng điểm chung lớn nhất là nhu cầu vận chuyển nguyên vật liệu với số lượng lớn, tần suất cao và độ chính xác ổn định Đó chính là lý do khiến hệ thống băng chuyền luôn được các doanh nghiệp ưu tiên ứng dụng Tùy thuộc vào môi trường làm việc và yêu cầu sản xuất cụ thể, các loại băng tải khác nhau sẽ được lựa chọn để phát huy tối đa hiệu quả vận hành

- Nhờ vào khả năng hoạt động liên tục, chính xác và tiết kiệm chi phí vận hành, băng tải công nghiệp đã góp phần quan trọng vào việc nâng cao chất lượng và sản lượng sản phẩm, đáp ứng tốt hơn các yêu cầu ngày càng cao của thị trường

2 Lí do chọn đề tài:

- Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhu cầu tự động hóa trong sản xuất ngày càng trở nên cấp thiết Một trong những thiết bị có mặt ở hầu hết các dây chuyền sản xuất hiện đại chính là hệ thống băng chuyền Việc ứng dụng băng chuyền giúp các doanh nghiệp tiết kiệm nhân công, tăng năng suất và nâng cao chất lượng sản phẩm Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, tốc độ của băng chuyền dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như thay đổi tải trọng, ma sát, hoặc sự không ổn định của nguồn cung cấp điện, gây ra sai lệch nhịp sản xuất và ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống

- Từ thực tế đó, nhóm chúng em nhận thấy rằng việc nghiên cứu, thiết kế một mô hình

hệ thống điều khiển tự động nhằm ổn định tốc độ của băng chuyền là một đề tài thiết thực, có tính ứng dụng cao và phù hợp với xu hướng công nghiệp hiện đại

I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI:

1 Giới thiệu đề tài:

- Trong những năm gần đây, hệ thống băng chuyền ngày càng khẳng định vai trò quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp, đặc biệt là trong các dây chuyền sản xuất hiện đại Việc ứng dụng băng tải giúp doanh nghiệp tiết kiệm nhân công, giảm thiểu sức lao động thủ công và tối ưu hóa thời gian vận hành, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và năng suất lao động

- Thực tế đã cho thấy, dù nền công nghiệp Việt Nam trải qua nhiều biến động và thách thức, nhưng nhờ vào việc ứng dụng mạnh mẽ các hệ thống máy móc, đặc biệt là các thiết bị truyền tải như băng tải, nhiều doanh nghiệp đã từng bước ổn định và phát triển sản xuất Băng tải công nghiệp ngày nay đã trở thành thiết bị không thể thiếu trong hầu hết các nhà máy, xí nghiệp và dây chuyền sản xuất hiện đại

- Mỗi lĩnh vực công nghiệp đều có những đặc thù riêng, nhưng điểm chung lớn nhất là nhu cầu vận chuyển nguyên vật liệu với số lượng lớn, tần suất cao và độ chính xác ổn định Đó chính là lý do khiến hệ thống băng chuyền luôn được các doanh nghiệp ưu tiên ứng dụng Tùy thuộc vào môi trường làm việc và yêu cầu sản xuất cụ thể, các loại băng tải khác nhau sẽ được lựa chọn để phát huy tối đa hiệu quả vận hành

- Nhờ vào khả năng hoạt động liên tục, chính xác và tiết kiệm chi phí vận hành, băng tải công nghiệp đã góp phần quan trọng vào việc nâng cao chất lượng và sản lượng sản phẩm, đáp ứng tốt hơn các yêu cầu ngày càng cao của thị trường

2 Lí do chọn đề tài:

- Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhu cầu tự động hóa trong sản xuất ngày càng trở nên cấp thiết Một trong những thiết bị có mặt ở hầu hết các dây chuyền sản xuất hiện đại chính là hệ thống băng chuyền Việc ứng dụng băng chuyền giúp các doanh nghiệp tiết kiệm nhân công, tăng năng suất và nâng cao chất lượng sản phẩm Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, tốc độ của băng chuyền dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như thay đổi tải trọng, ma sát, hoặc sự không ổn định của nguồn cung cấp điện, gây ra sai lệch nhịp sản xuất và ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống

- Từ thực tế đó, nhóm chúng em nhận thấy rằng việc nghiên cứu, thiết kế một mô hình

hệ thống điều khiển tự động nhằm ổn định tốc độ của băng chuyền là một đề tài thiết thực, có tính ứng dụng cao và phù hợp với xu hướng công nghiệp hiện đại

- Bên cạnh đó, đề tài cũng là cơ hội để nhóm vận dụng các kiến thức đã học về điều khiển tự động, truyền động điện, cảm biến và lập trình vào một mô hình thực tế Qua quá trình thực hiện đề tài, nhóm mong muốn rèn luyện thêm kỹ năng thiết kế kỹ thuật,

tư duy hệ thống và khả năng làm việc nhóm để chuẩn bị tốt hơn cho công việc sau này trong môi trường kỹ thuật – công nghiệp chuyên nghiệp

3 Mục tiêu đề tài:

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động và ảnh hưởng của tốc độ băng chuyền trong dây chuyền sản xuất, từ đó đề xuất phương pháp điều khiển tối ưu giúp quá trình vận hành diễn ra ổn định

- Thiết kế và xây dựng mô hình mô phỏng thu nhỏ của hệ thống băng chuyền có điều khiển tốc độ, đáp ứng yêu cầu ổn định khi có thay đổi tải hoặc điều kiện làm việc

- Rèn luyện kỹ năng thực hành kỹ thuật, kỹ năng thiết kế mạch điều khiển, lập trình và làm việc nhóm, chuẩn bị cho công việc trong môi trường công nghiệp tự động hóa sau khi ra trường

- Đóng góp vào việc học tập và nghiên cứu khoa học, tạo tiền đề cho các đề tài nghiên cứu ứng dụng sâu hơn trong lĩnh vực điều khiển tự động và sản xuất thông minh

→ LCD 16x2 giao tiếp qua I2C

→ Nguồn 5V cho Arduino và Encoder

→ Nguồn 12V cho động cơ giảm tốc

- Sau khi thiết kế mô hình xong thì em sẽ tiến hành khảo sát hệ thống với từng bộ điều khiển PD, PI, PID để tìm các thông số KP, KI, KD để hệ thống đạt chất lượng tốt nhất Sau đó, quan sát đáp ứng ngõ ra trên MATLAB và lập bảng tính toán các thông số như

độ vọt lố, sai số xác lập, thời gian xác lập của hệ thống; rút ra nhận xét và đưa ra kết luận

II Cơ sở lý thuyết:

2 Lập trình: 32

3 Mô phỏng trên phần mềm Proteus: 36

V KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM: 37

1 Mô hình thực tế sau khi thiết kế: 38

2 Kết quả thực nghiệm: 39

VI KẾT LUẬN: 41

1 Kết quả đạt được: 41

2 Hạn chế của đồ án: 41

3 Hướng phát triển: 42

khiển giảm dần thì tín hiệu điều khiển giảm dần Khi sai lệch e(t) = 0 thì u(t) = 0 Một vấn đề là khi sai lệch đổi dấu thì tín hiệu điều khiển cũng đổi dấu

+ Thành phần P có ưu điểm là tác động nhanh và đơn giản Hệ số tỉ lệ Kp càng lớn thì tốc độ đáp ứng càng nhanh, do đó thành phần P có vai trò lớn trong giai đoạn đầu của quá trình quá độ

+ Tuy nhiên, khi hệ số tỉ lệ Kp càng lớn thì sự thay đổi của tín hiệu điều khiển càng mạnh dẫn đến dao động lớn, đồng thời làm hệ nhạy cảm hơn với nhiễu do Hơn nữa, đối với đối tượng không có đặc tính tích phân thì sử dụng bộ P vẫn tồn tại sai lệch tĩnh

- Thành phần Tích phân (I)

u(t) = Ki ∫₀ᵗ e(τ)dτ (3.4) + Với thành phần tích phân, khi tồn tại một sai lệch điều khiển dương, luôn làm tăng tín hiệu điều khiển, và khi sai lệch là âm thì luôn làm giảm tín hiệu điều khiển, bất kể sai lệch đó là nhỏ hay lớn Do đó, ở trạng thái xác lập, sai lệch là triệt tiêu e(∞) = 0 Đây cũng là ưu điểm của thành phần tích phân

+ Nhược điểm của thành phần tích phân là do phải mất một khoảng thời gian để đợi e(t) về 0 nên đặc tính tác động của bộ điều khiển sẽ chậm hơn Ngoài ra, thành phần tích phân đối khi gây lam xấu tính ổn định và đặc tính động học của hệ thống, thậm chí

có thể làm mất ổn định

+ Người ta thường sử dụng bộ PI hoặc PID thay vì bộ I đơn thuần vì để cải thiện tốc

độ đáp ứng, vừa đảm bảo yêu cầu động học của hệ thống

- Thành phần Vi phân (D)

u(t) = Kd de(t)/dt (3.5) + Mục đích của thành phần vi phân là cải thiện sự ổn định của hệ kín Do đồng học của quá trình, nền sẽ tồn tại độ trể thời gian khi có thêm bộ điều khiển chẳng như với

sự thay đổi của sai lệch e(t) và đầu ra y(t) của quá trình Thành phần vi phân đóng vai trò dự đoán đầu ra của quá trình và đưa ra phản ứng thích hợp dựa trên chiều hướng và tốc độ thay đổi của sai lệch e(t), làm tăng tốc độ đáp ứng của hệ

+ Một ưu điểm nữa là thành phần vi phân giúp ổn định một số quá trình mà bình thường không ổn định được với các bộ P hay PI

+ Nhược điểm của thành phần vi phân là rất nhạy với nhiễu do hay của giá trị đặt do tính đáp ứng nhanh nếu ở trên

Các phương pháp xác định được các thông số KP, KI, KD:

- Phương pháp Zeigler-Nichols

- Phương pháp phản hồi rơ le

- Phương pháp tối ưu độ lớn và phương pháp tối ưu đối xứng

- Cohen-Coon

- Phương pháp gán thời gian xác lập

- Thử sai

2 Khái quát về vi điều khiển:

- Vi điều khiển (Microcontroller Unit - MCU) là một máy tính thu nhỏ được tích hợp

trong một vi mạch (IC), được thiết kế chuyên biệt để điều khiển các thiết bị điện tử

Nó là một hệ thống khép kín bao gồm:

+ Bộ vi xử lý (CPU) với hiệu năng vừa đủ và chi phí thấp,

+ Bộ nhớ chương trình (Flash/ROM) và bộ nhớ dữ liệu (RAM),

+ Các ngoại vi tích hợp như cổng vào/ra (GPIO), bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự – số

(ADC), số – tương tự (DAC), bộ định thời (timer), bộ đếm (counter), và các giao thức truyền thông như UART, SPI, I2C

- Vi điều khiển thường được sử dụng để xây dựng các hệ thống nhúng (embedded

systems) — nơi nó điều khiển, giám sát và tương tác với các thiết bị khác Nó có mặt trong hầu hết các thiết bị điện tử hiện đại như máy giặt, lò vi sóng, đầu đọc DVD, máy lạnh, quạt có điều khiển từ xa, lò nướng, và hàng loạt sản phẩm công nghiệp – dân dụng khác

→ Các dòng vi điều khiển phổ biến hiện nay

- PIC (Peripheral Interface Controller) – Microchip

PIC là một trong những dòng vi điều khiển lâu đời và phổ biến nhất do Microchip Technology phát triển Với kiến trúc đơn giản, độ tin cậy cao, dễ lập trình và giá thành hợp lý, PIC được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống công nghiệp, tự động hóa và đặc biệt phổ biến trong giảng dạy tại các trường đại học, cao đẳng

- Các dòng phổ biến: PIC16F, PIC18F

+ IDE: MPLAB X, trình biên dịch XC8

I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI:

1 Giới thiệu đề tài:

- Trong những năm gần đây, hệ thống băng chuyền ngày càng khẳng định vai trò quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp, đặc biệt là trong các dây chuyền sản xuất hiện đại Việc ứng dụng băng tải giúp doanh nghiệp tiết kiệm nhân công, giảm thiểu sức lao động thủ công và tối ưu hóa thời gian vận hành, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và năng suất lao động

- Thực tế đã cho thấy, dù nền công nghiệp Việt Nam trải qua nhiều biến động và thách thức, nhưng nhờ vào việc ứng dụng mạnh mẽ các hệ thống máy móc, đặc biệt là các thiết bị truyền tải như băng tải, nhiều doanh nghiệp đã từng bước ổn định và phát triển sản xuất Băng tải công nghiệp ngày nay đã trở thành thiết bị không thể thiếu trong hầu hết các nhà máy, xí nghiệp và dây chuyền sản xuất hiện đại

- Mỗi lĩnh vực công nghiệp đều có những đặc thù riêng, nhưng điểm chung lớn nhất là nhu cầu vận chuyển nguyên vật liệu với số lượng lớn, tần suất cao và độ chính xác ổn định Đó chính là lý do khiến hệ thống băng chuyền luôn được các doanh nghiệp ưu tiên ứng dụng Tùy thuộc vào môi trường làm việc và yêu cầu sản xuất cụ thể, các loại băng tải khác nhau sẽ được lựa chọn để phát huy tối đa hiệu quả vận hành

- Nhờ vào khả năng hoạt động liên tục, chính xác và tiết kiệm chi phí vận hành, băng tải công nghiệp đã góp phần quan trọng vào việc nâng cao chất lượng và sản lượng sản phẩm, đáp ứng tốt hơn các yêu cầu ngày càng cao của thị trường

2 Lí do chọn đề tài:

- Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhu cầu tự động hóa trong sản xuất ngày càng trở nên cấp thiết Một trong những thiết bị có mặt ở hầu hết các dây chuyền sản xuất hiện đại chính là hệ thống băng chuyền Việc ứng dụng băng chuyền giúp các doanh nghiệp tiết kiệm nhân công, tăng năng suất và nâng cao chất lượng sản phẩm Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, tốc độ của băng chuyền dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như thay đổi tải trọng, ma sát, hoặc sự không ổn định của nguồn cung cấp điện, gây ra sai lệch nhịp sản xuất và ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống

- Từ thực tế đó, nhóm chúng em nhận thấy rằng việc nghiên cứu, thiết kế một mô hình

hệ thống điều khiển tự động nhằm ổn định tốc độ của băng chuyền là một đề tài thiết thực, có tính ứng dụng cao và phù hợp với xu hướng công nghiệp hiện đại

Hình 2.1: Bộ điều khiển PID

Ta có công thức toán học của bộ điều khiển PID như sau:

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑃𝑒(𝑡) + 𝐾𝐼∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡 + 𝐾𝐷 𝑑

𝑑𝑡𝑒(𝑡) Với e(t) là tín hiệu vào bộ điều khiển, u(t) là tín hiệu ngõ ra bộ điều khiển

Trong đó:

- 𝐾𝑃: là khâu tỉ lệ Nó tạo ra tín hiệu nhằm điều chỉnh tỉ lệ và sai lệch đầu vào với thời gian lấy mẫu

- 𝐾𝐼∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡: là khâu tích phân Nó thực hiện bằng cách tạo và điều chỉnh tín hiệu cho

độ sai lệch giảm về 0 Với thời gian càng nhỏ thì việc hiệu chỉnh tích phân càng mạnh, đồng thời độ lệch càng nhỏ

𝑑𝑡 : là khâu vi phân Nó giúp tạo và điều chỉnh tín hiệu sao cho tỉ lệ với tốc độ thay đổi sai lệch ở đầu vào Khác với phương pháp trên, thời gian càng lớn thì việc hiệu chỉnh vi phân càng mạnh, đồng thời sự thay đổi đầu vào càng nhanh

- Tín hiệu điều khiển là tổng của 3 thành phần: Tỉ lệ, tích phân, vi phân

- Hàm truyền của bộ điều khiển PID:

- Thành phần tì lệ (P):

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑝 𝑒(𝑡) + Tác động của thành phần tích phân đơn giản là tín hiệu điều khiển tỉ lệ tuyến tính với sai lệch điều khiển Ban đầu khi sai lệch lớn thì tín hiệu điều khiển lớn Sai lệch điều

1 Khái quát về PID:

- PID được viết tắt bởi cụm từ Proportional Integral Derivative, có nghĩa là 1 cơ chế phản hồi các vòng điều khiển, chúng được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống điều khiển công nghiệp hiện đại

- Một bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ ( PID- Proportional Integral Derivative) là bộ điều khiển được sử dụng nhiều nhất trong các bộ điều khiển phản hồi Bộ điều khiển PID sẽ tính toán giá trị "sai số" là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi và giá trị đặt mong muốn Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Trong trường hợp không có kiến thức cơ bản (mô hình toán học)

về hệ thống điều khiển thì bộ điều khiển PID là sẽ bộ điều khiển tốt nhất.Tuy nhiên, để đạt được kết quả tốt nhất, các thông số PID sử dụng trong tính toán phải điều chỉnh theo tính chất của hệ thống-trong khi kiểu điều khiển là giống nhau, các thông số phải phụ thuộc vào đặc thù của hệ thống

- Bộ điều khiển này sử adụng nhiều trong những hệ thống điều khiển vòng kín có tín hiệu phản hồi Nhiệm vụ của PID giúp tính toán giá trị sai số là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi với giá trị đặt mong muốn

- Bộ thiết bị làm giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Để đạt được hiệu quả mong muốn bởi thông số của PID cần phải thực hiện điều chỉnh theo tính chất hệ thống Việc điều khiển sẽ giống nhau, còn thông số được phụ thuộc vào chính đặc thù của hệ thống đó

Một cách đơn giản nhất để hiểu về PID như sau:

- P: là phương pháp điều chỉnh tỉ lệ, giúp tạo ra tín hiệu điều chỉnh tỉ lệ với sai lệch đầu vào theo thời gian lấy mẫu

- I: là tích phân của sai lệch theo thời gian lấy mẫu Điều khiển tích phân là phương pháp điều chỉnh để tạo ra các tín hiệu điều chỉnh sao cho độ sai lệch giảm về 0 Từ đó cho ta biết tổng sai số tức thời theo thời gian hay sai số tích lũy trong

- D: là vi phân của sai lệch Điều khiển vi phân tạo ra tín hiệu điều chỉnh sao cho tỉ lệ với tốc độ thay đổi sai lệch đầu vào Thời gian càng lớn thì phạm vi điều chỉnh vi phân càng mạnh, tương ứng với bộ điều chỉnh đáp ứng với thay đổi đầu vào càng nhanh

Hình 2.1: Bộ điều khiển PID

Ta có công thức toán học của bộ điều khiển PID như sau:

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑃𝑒(𝑡) + 𝐾𝐼∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡 + 𝐾𝐷 𝑑

𝑑𝑡𝑒(𝑡) Với e(t) là tín hiệu vào bộ điều khiển, u(t) là tín hiệu ngõ ra bộ điều khiển

Trong đó:

- 𝐾𝑃: là khâu tỉ lệ Nó tạo ra tín hiệu nhằm điều chỉnh tỉ lệ và sai lệch đầu vào với thời gian lấy mẫu

- 𝐾𝐼∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡: là khâu tích phân Nó thực hiện bằng cách tạo và điều chỉnh tín hiệu cho

độ sai lệch giảm về 0 Với thời gian càng nhỏ thì việc hiệu chỉnh tích phân càng mạnh, đồng thời độ lệch càng nhỏ

𝑑𝑡 : là khâu vi phân Nó giúp tạo và điều chỉnh tín hiệu sao cho tỉ lệ với tốc độ thay đổi sai lệch ở đầu vào Khác với phương pháp trên, thời gian càng lớn thì việc hiệu chỉnh vi phân càng mạnh, đồng thời sự thay đổi đầu vào càng nhanh

- Tín hiệu điều khiển là tổng của 3 thành phần: Tỉ lệ, tích phân, vi phân

- Hàm truyền của bộ điều khiển PID:

- Thành phần tì lệ (P):

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑝 𝑒(𝑡) + Tác động của thành phần tích phân đơn giản là tín hiệu điều khiển tỉ lệ tuyến tính với sai lệch điều khiển Ban đầu khi sai lệch lớn thì tín hiệu điều khiển lớn Sai lệch điều

Hình 2.1: Bộ điều khiển PID

Ta có công thức toán học của bộ điều khiển PID như sau:

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑃𝑒(𝑡) + 𝐾𝐼∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡 + 𝐾𝐷 𝑑

𝑑𝑡𝑒(𝑡) Với e(t) là tín hiệu vào bộ điều khiển, u(t) là tín hiệu ngõ ra bộ điều khiển

Trong đó:

- 𝐾𝑃: là khâu tỉ lệ Nó tạo ra tín hiệu nhằm điều chỉnh tỉ lệ và sai lệch đầu vào với thời gian lấy mẫu

- 𝐾𝐼∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡: là khâu tích phân Nó thực hiện bằng cách tạo và điều chỉnh tín hiệu cho

độ sai lệch giảm về 0 Với thời gian càng nhỏ thì việc hiệu chỉnh tích phân càng mạnh, đồng thời độ lệch càng nhỏ

𝑑𝑡 : là khâu vi phân Nó giúp tạo và điều chỉnh tín hiệu sao cho tỉ lệ với tốc độ thay đổi sai lệch ở đầu vào Khác với phương pháp trên, thời gian càng lớn thì việc hiệu chỉnh vi phân càng mạnh, đồng thời sự thay đổi đầu vào càng nhanh

- Tín hiệu điều khiển là tổng của 3 thành phần: Tỉ lệ, tích phân, vi phân

- Hàm truyền của bộ điều khiển PID:

- Thành phần tì lệ (P):

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑝 𝑒(𝑡) + Tác động của thành phần tích phân đơn giản là tín hiệu điều khiển tỉ lệ tuyến tính với sai lệch điều khiển Ban đầu khi sai lệch lớn thì tín hiệu điều khiển lớn Sai lệch điều

Hình 2.1: Bộ điều khiển PID

Ta có công thức toán học của bộ điều khiển PID như sau:

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑃𝑒(𝑡) + 𝐾𝐼∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡 + 𝐾𝐷 𝑑

𝑑𝑡𝑒(𝑡) Với e(t) là tín hiệu vào bộ điều khiển, u(t) là tín hiệu ngõ ra bộ điều khiển

Trong đó:

- 𝐾𝑃: là khâu tỉ lệ Nó tạo ra tín hiệu nhằm điều chỉnh tỉ lệ và sai lệch đầu vào với thời gian lấy mẫu

- 𝐾𝐼∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡: là khâu tích phân Nó thực hiện bằng cách tạo và điều chỉnh tín hiệu cho

độ sai lệch giảm về 0 Với thời gian càng nhỏ thì việc hiệu chỉnh tích phân càng mạnh, đồng thời độ lệch càng nhỏ

𝑑𝑡 : là khâu vi phân Nó giúp tạo và điều chỉnh tín hiệu sao cho tỉ lệ với tốc độ thay đổi sai lệch ở đầu vào Khác với phương pháp trên, thời gian càng lớn thì việc hiệu chỉnh vi phân càng mạnh, đồng thời sự thay đổi đầu vào càng nhanh

- Tín hiệu điều khiển là tổng của 3 thành phần: Tỉ lệ, tích phân, vi phân

- Hàm truyền của bộ điều khiển PID:

- Thành phần tì lệ (P):

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑝 𝑒(𝑡) + Tác động của thành phần tích phân đơn giản là tín hiệu điều khiển tỉ lệ tuyến tính với sai lệch điều khiển Ban đầu khi sai lệch lớn thì tín hiệu điều khiển lớn Sai lệch điều

Hình 2.1: Bộ điều khiển PID

Ta có công thức toán học của bộ điều khiển PID như sau:

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑃𝑒(𝑡) + 𝐾𝐼∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡 + 𝐾𝐷 𝑑

𝑑𝑡𝑒(𝑡) Với e(t) là tín hiệu vào bộ điều khiển, u(t) là tín hiệu ngõ ra bộ điều khiển

Trong đó:

- 𝐾𝑃: là khâu tỉ lệ Nó tạo ra tín hiệu nhằm điều chỉnh tỉ lệ và sai lệch đầu vào với thời gian lấy mẫu

- 𝐾𝐼∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡: là khâu tích phân Nó thực hiện bằng cách tạo và điều chỉnh tín hiệu cho

độ sai lệch giảm về 0 Với thời gian càng nhỏ thì việc hiệu chỉnh tích phân càng mạnh, đồng thời độ lệch càng nhỏ

𝑑𝑡 : là khâu vi phân Nó giúp tạo và điều chỉnh tín hiệu sao cho tỉ lệ với tốc độ thay đổi sai lệch ở đầu vào Khác với phương pháp trên, thời gian càng lớn thì việc hiệu chỉnh vi phân càng mạnh, đồng thời sự thay đổi đầu vào càng nhanh

- Tín hiệu điều khiển là tổng của 3 thành phần: Tỉ lệ, tích phân, vi phân

- Hàm truyền của bộ điều khiển PID:

- Thành phần tì lệ (P):

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑝 𝑒(𝑡) + Tác động của thành phần tích phân đơn giản là tín hiệu điều khiển tỉ lệ tuyến tính với sai lệch điều khiển Ban đầu khi sai lệch lớn thì tín hiệu điều khiển lớn Sai lệch điều

khiển giảm dần thì tín hiệu điều khiển giảm dần Khi sai lệch e(t) = 0 thì u(t) = 0 Một vấn đề là khi sai lệch đổi dấu thì tín hiệu điều khiển cũng đổi dấu

+ Thành phần P có ưu điểm là tác động nhanh và đơn giản Hệ số tỉ lệ Kp càng lớn thì tốc độ đáp ứng càng nhanh, do đó thành phần P có vai trò lớn trong giai đoạn đầu của quá trình quá độ

+ Tuy nhiên, khi hệ số tỉ lệ Kp càng lớn thì sự thay đổi của tín hiệu điều khiển càng mạnh dẫn đến dao động lớn, đồng thời làm hệ nhạy cảm hơn với nhiễu do Hơn nữa, đối với đối tượng không có đặc tính tích phân thì sử dụng bộ P vẫn tồn tại sai lệch tĩnh

- Thành phần Tích phân (I)

u(t) = Ki ∫₀ᵗ e(τ)dτ (3.4) + Với thành phần tích phân, khi tồn tại một sai lệch điều khiển dương, luôn làm tăng tín hiệu điều khiển, và khi sai lệch là âm thì luôn làm giảm tín hiệu điều khiển, bất kể sai lệch đó là nhỏ hay lớn Do đó, ở trạng thái xác lập, sai lệch là triệt tiêu e(∞) = 0 Đây cũng là ưu điểm của thành phần tích phân

+ Nhược điểm của thành phần tích phân là do phải mất một khoảng thời gian để đợi e(t) về 0 nên đặc tính tác động của bộ điều khiển sẽ chậm hơn Ngoài ra, thành phần tích phân đối khi gây lam xấu tính ổn định và đặc tính động học của hệ thống, thậm chí

có thể làm mất ổn định

+ Người ta thường sử dụng bộ PI hoặc PID thay vì bộ I đơn thuần vì để cải thiện tốc

độ đáp ứng, vừa đảm bảo yêu cầu động học của hệ thống

- Thành phần Vi phân (D)

u(t) = Kd de(t)/dt (3.5) + Mục đích của thành phần vi phân là cải thiện sự ổn định của hệ kín Do đồng học của quá trình, nền sẽ tồn tại độ trể thời gian khi có thêm bộ điều khiển chẳng như với

sự thay đổi của sai lệch e(t) và đầu ra y(t) của quá trình Thành phần vi phân đóng vai trò dự đoán đầu ra của quá trình và đưa ra phản ứng thích hợp dựa trên chiều hướng và tốc độ thay đổi của sai lệch e(t), làm tăng tốc độ đáp ứng của hệ

+ Một ưu điểm nữa là thành phần vi phân giúp ổn định một số quá trình mà bình thường không ổn định được với các bộ P hay PI

+ Nhược điểm của thành phần vi phân là rất nhạy với nhiễu do hay của giá trị đặt do tính đáp ứng nhanh nếu ở trên

1 Khái quát về PID:

- PID được viết tắt bởi cụm từ Proportional Integral Derivative, có nghĩa là 1 cơ chế phản hồi các vòng điều khiển, chúng được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống điều khiển công nghiệp hiện đại

- Một bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ ( PID- Proportional Integral Derivative) là bộ điều khiển được sử dụng nhiều nhất trong các bộ điều khiển phản hồi Bộ điều khiển PID sẽ tính toán giá trị "sai số" là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi và giá trị đặt mong muốn Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Trong trường hợp không có kiến thức cơ bản (mô hình toán học)

về hệ thống điều khiển thì bộ điều khiển PID là sẽ bộ điều khiển tốt nhất.Tuy nhiên, để đạt được kết quả tốt nhất, các thông số PID sử dụng trong tính toán phải điều chỉnh theo tính chất của hệ thống-trong khi kiểu điều khiển là giống nhau, các thông số phải phụ thuộc vào đặc thù của hệ thống

- Bộ điều khiển này sử adụng nhiều trong những hệ thống điều khiển vòng kín có tín hiệu phản hồi Nhiệm vụ của PID giúp tính toán giá trị sai số là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi với giá trị đặt mong muốn

- Bộ thiết bị làm giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Để đạt được hiệu quả mong muốn bởi thông số của PID cần phải thực hiện điều chỉnh theo tính chất hệ thống Việc điều khiển sẽ giống nhau, còn thông số được phụ thuộc vào chính đặc thù của hệ thống đó

Một cách đơn giản nhất để hiểu về PID như sau:

- P: là phương pháp điều chỉnh tỉ lệ, giúp tạo ra tín hiệu điều chỉnh tỉ lệ với sai lệch đầu vào theo thời gian lấy mẫu

- I: là tích phân của sai lệch theo thời gian lấy mẫu Điều khiển tích phân là phương pháp điều chỉnh để tạo ra các tín hiệu điều chỉnh sao cho độ sai lệch giảm về 0 Từ đó cho ta biết tổng sai số tức thời theo thời gian hay sai số tích lũy trong

- D: là vi phân của sai lệch Điều khiển vi phân tạo ra tín hiệu điều chỉnh sao cho tỉ lệ với tốc độ thay đổi sai lệch đầu vào Thời gian càng lớn thì phạm vi điều chỉnh vi phân càng mạnh, tương ứng với bộ điều chỉnh đáp ứng với thay đổi đầu vào càng nhanh

- Bên cạnh đó, đề tài cũng là cơ hội để nhóm vận dụng các kiến thức đã học về điều khiển tự động, truyền động điện, cảm biến và lập trình vào một mô hình thực tế Qua quá trình thực hiện đề tài, nhóm mong muốn rèn luyện thêm kỹ năng thiết kế kỹ thuật,

tư duy hệ thống và khả năng làm việc nhóm để chuẩn bị tốt hơn cho công việc sau này trong môi trường kỹ thuật – công nghiệp chuyên nghiệp

3 Mục tiêu đề tài:

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động và ảnh hưởng của tốc độ băng chuyền trong dây chuyền sản xuất, từ đó đề xuất phương pháp điều khiển tối ưu giúp quá trình vận hành diễn ra ổn định

- Thiết kế và xây dựng mô hình mô phỏng thu nhỏ của hệ thống băng chuyền có điều khiển tốc độ, đáp ứng yêu cầu ổn định khi có thay đổi tải hoặc điều kiện làm việc

- Rèn luyện kỹ năng thực hành kỹ thuật, kỹ năng thiết kế mạch điều khiển, lập trình và làm việc nhóm, chuẩn bị cho công việc trong môi trường công nghiệp tự động hóa sau khi ra trường

- Đóng góp vào việc học tập và nghiên cứu khoa học, tạo tiền đề cho các đề tài nghiên cứu ứng dụng sâu hơn trong lĩnh vực điều khiển tự động và sản xuất thông minh

→ LCD 16x2 giao tiếp qua I2C

→ Nguồn 5V cho Arduino và Encoder

→ Nguồn 12V cho động cơ giảm tốc

- Sau khi thiết kế mô hình xong thì em sẽ tiến hành khảo sát hệ thống với từng bộ điều khiển PD, PI, PID để tìm các thông số KP, KI, KD để hệ thống đạt chất lượng tốt nhất Sau đó, quan sát đáp ứng ngõ ra trên MATLAB và lập bảng tính toán các thông số như

độ vọt lố, sai số xác lập, thời gian xác lập của hệ thống; rút ra nhận xét và đưa ra kết luận

II Cơ sở lý thuyết:

khiển giảm dần thì tín hiệu điều khiển giảm dần Khi sai lệch e(t) = 0 thì u(t) = 0 Một vấn đề là khi sai lệch đổi dấu thì tín hiệu điều khiển cũng đổi dấu

+ Thành phần P có ưu điểm là tác động nhanh và đơn giản Hệ số tỉ lệ Kp càng lớn thì tốc độ đáp ứng càng nhanh, do đó thành phần P có vai trò lớn trong giai đoạn đầu của quá trình quá độ

+ Tuy nhiên, khi hệ số tỉ lệ Kp càng lớn thì sự thay đổi của tín hiệu điều khiển càng mạnh dẫn đến dao động lớn, đồng thời làm hệ nhạy cảm hơn với nhiễu do Hơn nữa, đối với đối tượng không có đặc tính tích phân thì sử dụng bộ P vẫn tồn tại sai lệch tĩnh

- Thành phần Tích phân (I)

u(t) = Ki ∫₀ᵗ e(τ)dτ (3.4) + Với thành phần tích phân, khi tồn tại một sai lệch điều khiển dương, luôn làm tăng tín hiệu điều khiển, và khi sai lệch là âm thì luôn làm giảm tín hiệu điều khiển, bất kể sai lệch đó là nhỏ hay lớn Do đó, ở trạng thái xác lập, sai lệch là triệt tiêu e(∞) = 0 Đây cũng là ưu điểm của thành phần tích phân

+ Nhược điểm của thành phần tích phân là do phải mất một khoảng thời gian để đợi e(t) về 0 nên đặc tính tác động của bộ điều khiển sẽ chậm hơn Ngoài ra, thành phần tích phân đối khi gây lam xấu tính ổn định và đặc tính động học của hệ thống, thậm chí

có thể làm mất ổn định

+ Người ta thường sử dụng bộ PI hoặc PID thay vì bộ I đơn thuần vì để cải thiện tốc

độ đáp ứng, vừa đảm bảo yêu cầu động học của hệ thống

- Thành phần Vi phân (D)

u(t) = Kd de(t)/dt (3.5) + Mục đích của thành phần vi phân là cải thiện sự ổn định của hệ kín Do đồng học của quá trình, nền sẽ tồn tại độ trể thời gian khi có thêm bộ điều khiển chẳng như với

sự thay đổi của sai lệch e(t) và đầu ra y(t) của quá trình Thành phần vi phân đóng vai trò dự đoán đầu ra của quá trình và đưa ra phản ứng thích hợp dựa trên chiều hướng và tốc độ thay đổi của sai lệch e(t), làm tăng tốc độ đáp ứng của hệ

+ Một ưu điểm nữa là thành phần vi phân giúp ổn định một số quá trình mà bình thường không ổn định được với các bộ P hay PI

+ Nhược điểm của thành phần vi phân là rất nhạy với nhiễu do hay của giá trị đặt do tính đáp ứng nhanh nếu ở trên

1 Khái quát về PID:

- PID được viết tắt bởi cụm từ Proportional Integral Derivative, có nghĩa là 1 cơ chế phản hồi các vòng điều khiển, chúng được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống điều khiển công nghiệp hiện đại

- Một bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ ( PID- Proportional Integral Derivative) là bộ điều khiển được sử dụng nhiều nhất trong các bộ điều khiển phản hồi Bộ điều khiển PID sẽ tính toán giá trị "sai số" là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi và giá trị đặt mong muốn Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Trong trường hợp không có kiến thức cơ bản (mô hình toán học)

về hệ thống điều khiển thì bộ điều khiển PID là sẽ bộ điều khiển tốt nhất.Tuy nhiên, để đạt được kết quả tốt nhất, các thông số PID sử dụng trong tính toán phải điều chỉnh theo tính chất của hệ thống-trong khi kiểu điều khiển là giống nhau, các thông số phải phụ thuộc vào đặc thù của hệ thống

- Bộ điều khiển này sử adụng nhiều trong những hệ thống điều khiển vòng kín có tín hiệu phản hồi Nhiệm vụ của PID giúp tính toán giá trị sai số là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi với giá trị đặt mong muốn

- Bộ thiết bị làm giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Để đạt được hiệu quả mong muốn bởi thông số của PID cần phải thực hiện điều chỉnh theo tính chất hệ thống Việc điều khiển sẽ giống nhau, còn thông số được phụ thuộc vào chính đặc thù của hệ thống đó

Một cách đơn giản nhất để hiểu về PID như sau:

- P: là phương pháp điều chỉnh tỉ lệ, giúp tạo ra tín hiệu điều chỉnh tỉ lệ với sai lệch đầu vào theo thời gian lấy mẫu

- I: là tích phân của sai lệch theo thời gian lấy mẫu Điều khiển tích phân là phương pháp điều chỉnh để tạo ra các tín hiệu điều chỉnh sao cho độ sai lệch giảm về 0 Từ đó cho ta biết tổng sai số tức thời theo thời gian hay sai số tích lũy trong

- D: là vi phân của sai lệch Điều khiển vi phân tạo ra tín hiệu điều chỉnh sao cho tỉ lệ với tốc độ thay đổi sai lệch đầu vào Thời gian càng lớn thì phạm vi điều chỉnh vi phân càng mạnh, tương ứng với bộ điều chỉnh đáp ứng với thay đổi đầu vào càng nhanh

Các phương pháp xác định được các thông số KP, KI, KD:

- Phương pháp Zeigler-Nichols

- Phương pháp phản hồi rơ le

- Phương pháp tối ưu độ lớn và phương pháp tối ưu đối xứng

- Cohen-Coon

- Phương pháp gán thời gian xác lập

- Thử sai

2 Khái quát về vi điều khiển:

- Vi điều khiển (Microcontroller Unit - MCU) là một máy tính thu nhỏ được tích hợp

trong một vi mạch (IC), được thiết kế chuyên biệt để điều khiển các thiết bị điện tử

Nó là một hệ thống khép kín bao gồm:

+ Bộ vi xử lý (CPU) với hiệu năng vừa đủ và chi phí thấp,

+ Bộ nhớ chương trình (Flash/ROM) và bộ nhớ dữ liệu (RAM),

+ Các ngoại vi tích hợp như cổng vào/ra (GPIO), bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự – số

(ADC), số – tương tự (DAC), bộ định thời (timer), bộ đếm (counter), và các giao thức truyền thông như UART, SPI, I2C

- Vi điều khiển thường được sử dụng để xây dựng các hệ thống nhúng (embedded

systems) — nơi nó điều khiển, giám sát và tương tác với các thiết bị khác Nó có mặt trong hầu hết các thiết bị điện tử hiện đại như máy giặt, lò vi sóng, đầu đọc DVD, máy lạnh, quạt có điều khiển từ xa, lò nướng, và hàng loạt sản phẩm công nghiệp – dân dụng khác

→ Các dòng vi điều khiển phổ biến hiện nay

- PIC (Peripheral Interface Controller) – Microchip

PIC là một trong những dòng vi điều khiển lâu đời và phổ biến nhất do Microchip Technology phát triển Với kiến trúc đơn giản, độ tin cậy cao, dễ lập trình và giá thành hợp lý, PIC được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống công nghiệp, tự động hóa và đặc biệt phổ biến trong giảng dạy tại các trường đại học, cao đẳng

- Các dòng phổ biến: PIC16F, PIC18F

+ IDE: MPLAB X, trình biên dịch XC8

Hình 2.1: Bộ điều khiển PID

Ta có công thức toán học của bộ điều khiển PID như sau:

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑃𝑒(𝑡) + 𝐾𝐼∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡 + 𝐾𝐷 𝑑

𝑑𝑡𝑒(𝑡) Với e(t) là tín hiệu vào bộ điều khiển, u(t) là tín hiệu ngõ ra bộ điều khiển

Trong đó:

- 𝐾𝑃: là khâu tỉ lệ Nó tạo ra tín hiệu nhằm điều chỉnh tỉ lệ và sai lệch đầu vào với thời gian lấy mẫu

- 𝐾𝐼∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡: là khâu tích phân Nó thực hiện bằng cách tạo và điều chỉnh tín hiệu cho

độ sai lệch giảm về 0 Với thời gian càng nhỏ thì việc hiệu chỉnh tích phân càng mạnh, đồng thời độ lệch càng nhỏ

𝑑𝑡 : là khâu vi phân Nó giúp tạo và điều chỉnh tín hiệu sao cho tỉ lệ với tốc độ thay đổi sai lệch ở đầu vào Khác với phương pháp trên, thời gian càng lớn thì việc hiệu chỉnh vi phân càng mạnh, đồng thời sự thay đổi đầu vào càng nhanh

- Tín hiệu điều khiển là tổng của 3 thành phần: Tỉ lệ, tích phân, vi phân

- Hàm truyền của bộ điều khiển PID:

- Thành phần tì lệ (P):

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑝 𝑒(𝑡) + Tác động của thành phần tích phân đơn giản là tín hiệu điều khiển tỉ lệ tuyến tính với sai lệch điều khiển Ban đầu khi sai lệch lớn thì tín hiệu điều khiển lớn Sai lệch điều

1 Khái quát về PID:

- PID được viết tắt bởi cụm từ Proportional Integral Derivative, có nghĩa là 1 cơ chế phản hồi các vòng điều khiển, chúng được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống điều khiển công nghiệp hiện đại

- Một bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ ( PID- Proportional Integral Derivative) là bộ điều khiển được sử dụng nhiều nhất trong các bộ điều khiển phản hồi Bộ điều khiển PID sẽ tính toán giá trị "sai số" là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi và giá trị đặt mong muốn Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Trong trường hợp không có kiến thức cơ bản (mô hình toán học)

về hệ thống điều khiển thì bộ điều khiển PID là sẽ bộ điều khiển tốt nhất.Tuy nhiên, để đạt được kết quả tốt nhất, các thông số PID sử dụng trong tính toán phải điều chỉnh theo tính chất của hệ thống-trong khi kiểu điều khiển là giống nhau, các thông số phải phụ thuộc vào đặc thù của hệ thống

- Bộ điều khiển này sử adụng nhiều trong những hệ thống điều khiển vòng kín có tín hiệu phản hồi Nhiệm vụ của PID giúp tính toán giá trị sai số là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi với giá trị đặt mong muốn

- Bộ thiết bị làm giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Để đạt được hiệu quả mong muốn bởi thông số của PID cần phải thực hiện điều chỉnh theo tính chất hệ thống Việc điều khiển sẽ giống nhau, còn thông số được phụ thuộc vào chính đặc thù của hệ thống đó

Một cách đơn giản nhất để hiểu về PID như sau:

- P: là phương pháp điều chỉnh tỉ lệ, giúp tạo ra tín hiệu điều chỉnh tỉ lệ với sai lệch đầu vào theo thời gian lấy mẫu

- I: là tích phân của sai lệch theo thời gian lấy mẫu Điều khiển tích phân là phương pháp điều chỉnh để tạo ra các tín hiệu điều chỉnh sao cho độ sai lệch giảm về 0 Từ đó cho ta biết tổng sai số tức thời theo thời gian hay sai số tích lũy trong

- D: là vi phân của sai lệch Điều khiển vi phân tạo ra tín hiệu điều chỉnh sao cho tỉ lệ với tốc độ thay đổi sai lệch đầu vào Thời gian càng lớn thì phạm vi điều chỉnh vi phân càng mạnh, tương ứng với bộ điều chỉnh đáp ứng với thay đổi đầu vào càng nhanh

Các phương pháp xác định được các thông số KP, KI, KD:

- Phương pháp Zeigler-Nichols

- Phương pháp phản hồi rơ le

- Phương pháp tối ưu độ lớn và phương pháp tối ưu đối xứng

- Cohen-Coon

- Phương pháp gán thời gian xác lập

- Thử sai

2 Khái quát về vi điều khiển:

- Vi điều khiển (Microcontroller Unit - MCU) là một máy tính thu nhỏ được tích hợp

trong một vi mạch (IC), được thiết kế chuyên biệt để điều khiển các thiết bị điện tử

Nó là một hệ thống khép kín bao gồm:

+ Bộ vi xử lý (CPU) với hiệu năng vừa đủ và chi phí thấp,

+ Bộ nhớ chương trình (Flash/ROM) và bộ nhớ dữ liệu (RAM),

+ Các ngoại vi tích hợp như cổng vào/ra (GPIO), bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự – số

(ADC), số – tương tự (DAC), bộ định thời (timer), bộ đếm (counter), và các giao thức truyền thông như UART, SPI, I2C

- Vi điều khiển thường được sử dụng để xây dựng các hệ thống nhúng (embedded

systems) — nơi nó điều khiển, giám sát và tương tác với các thiết bị khác Nó có mặt trong hầu hết các thiết bị điện tử hiện đại như máy giặt, lò vi sóng, đầu đọc DVD, máy lạnh, quạt có điều khiển từ xa, lò nướng, và hàng loạt sản phẩm công nghiệp – dân dụng khác

→ Các dòng vi điều khiển phổ biến hiện nay

- PIC (Peripheral Interface Controller) – Microchip

PIC là một trong những dòng vi điều khiển lâu đời và phổ biến nhất do Microchip Technology phát triển Với kiến trúc đơn giản, độ tin cậy cao, dễ lập trình và giá thành hợp lý, PIC được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống công nghiệp, tự động hóa và đặc biệt phổ biến trong giảng dạy tại các trường đại học, cao đẳng

- Các dòng phổ biến: PIC16F, PIC18F

+ IDE: MPLAB X, trình biên dịch XC8

Hình 2.1: Bộ điều khiển PID

Ta có công thức toán học của bộ điều khiển PID như sau:

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑃𝑒(𝑡) + 𝐾𝐼∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡 + 𝐾𝐷 𝑑

𝑑𝑡𝑒(𝑡) Với e(t) là tín hiệu vào bộ điều khiển, u(t) là tín hiệu ngõ ra bộ điều khiển

Trong đó:

- 𝐾𝑃: là khâu tỉ lệ Nó tạo ra tín hiệu nhằm điều chỉnh tỉ lệ và sai lệch đầu vào với thời gian lấy mẫu

- 𝐾𝐼∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡: là khâu tích phân Nó thực hiện bằng cách tạo và điều chỉnh tín hiệu cho

độ sai lệch giảm về 0 Với thời gian càng nhỏ thì việc hiệu chỉnh tích phân càng mạnh, đồng thời độ lệch càng nhỏ

𝑑𝑡 : là khâu vi phân Nó giúp tạo và điều chỉnh tín hiệu sao cho tỉ lệ với tốc độ thay đổi sai lệch ở đầu vào Khác với phương pháp trên, thời gian càng lớn thì việc hiệu chỉnh vi phân càng mạnh, đồng thời sự thay đổi đầu vào càng nhanh

- Tín hiệu điều khiển là tổng của 3 thành phần: Tỉ lệ, tích phân, vi phân

- Hàm truyền của bộ điều khiển PID:

- Thành phần tì lệ (P):

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑝 𝑒(𝑡) + Tác động của thành phần tích phân đơn giản là tín hiệu điều khiển tỉ lệ tuyến tính với sai lệch điều khiển Ban đầu khi sai lệch lớn thì tín hiệu điều khiển lớn Sai lệch điều

- Bên cạnh đó, đề tài cũng là cơ hội để nhóm vận dụng các kiến thức đã học về điều khiển tự động, truyền động điện, cảm biến và lập trình vào một mô hình thực tế Qua quá trình thực hiện đề tài, nhóm mong muốn rèn luyện thêm kỹ năng thiết kế kỹ thuật,

tư duy hệ thống và khả năng làm việc nhóm để chuẩn bị tốt hơn cho công việc sau này trong môi trường kỹ thuật – công nghiệp chuyên nghiệp

3 Mục tiêu đề tài:

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động và ảnh hưởng của tốc độ băng chuyền trong dây chuyền sản xuất, từ đó đề xuất phương pháp điều khiển tối ưu giúp quá trình vận hành diễn ra ổn định

- Thiết kế và xây dựng mô hình mô phỏng thu nhỏ của hệ thống băng chuyền có điều khiển tốc độ, đáp ứng yêu cầu ổn định khi có thay đổi tải hoặc điều kiện làm việc

- Rèn luyện kỹ năng thực hành kỹ thuật, kỹ năng thiết kế mạch điều khiển, lập trình và làm việc nhóm, chuẩn bị cho công việc trong môi trường công nghiệp tự động hóa sau khi ra trường

- Đóng góp vào việc học tập và nghiên cứu khoa học, tạo tiền đề cho các đề tài nghiên cứu ứng dụng sâu hơn trong lĩnh vực điều khiển tự động và sản xuất thông minh

→ LCD 16x2 giao tiếp qua I2C

→ Nguồn 5V cho Arduino và Encoder

→ Nguồn 12V cho động cơ giảm tốc

- Sau khi thiết kế mô hình xong thì em sẽ tiến hành khảo sát hệ thống với từng bộ điều khiển PD, PI, PID để tìm các thông số KP, KI, KD để hệ thống đạt chất lượng tốt nhất Sau đó, quan sát đáp ứng ngõ ra trên MATLAB và lập bảng tính toán các thông số như

độ vọt lố, sai số xác lập, thời gian xác lập của hệ thống; rút ra nhận xét và đưa ra kết luận

II Cơ sở lý thuyết:

I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI:

1 Giới thiệu đề tài:

- Trong những năm gần đây, hệ thống băng chuyền ngày càng khẳng định vai trò quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp, đặc biệt là trong các dây chuyền sản xuất hiện đại Việc ứng dụng băng tải giúp doanh nghiệp tiết kiệm nhân công, giảm thiểu sức lao động thủ công và tối ưu hóa thời gian vận hành, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và năng suất lao động

- Thực tế đã cho thấy, dù nền công nghiệp Việt Nam trải qua nhiều biến động và thách thức, nhưng nhờ vào việc ứng dụng mạnh mẽ các hệ thống máy móc, đặc biệt là các thiết bị truyền tải như băng tải, nhiều doanh nghiệp đã từng bước ổn định và phát triển sản xuất Băng tải công nghiệp ngày nay đã trở thành thiết bị không thể thiếu trong hầu hết các nhà máy, xí nghiệp và dây chuyền sản xuất hiện đại

- Mỗi lĩnh vực công nghiệp đều có những đặc thù riêng, nhưng điểm chung lớn nhất là nhu cầu vận chuyển nguyên vật liệu với số lượng lớn, tần suất cao và độ chính xác ổn định Đó chính là lý do khiến hệ thống băng chuyền luôn được các doanh nghiệp ưu tiên ứng dụng Tùy thuộc vào môi trường làm việc và yêu cầu sản xuất cụ thể, các loại băng tải khác nhau sẽ được lựa chọn để phát huy tối đa hiệu quả vận hành

- Nhờ vào khả năng hoạt động liên tục, chính xác và tiết kiệm chi phí vận hành, băng tải công nghiệp đã góp phần quan trọng vào việc nâng cao chất lượng và sản lượng sản phẩm, đáp ứng tốt hơn các yêu cầu ngày càng cao của thị trường

2 Lí do chọn đề tài:

- Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhu cầu tự động hóa trong sản xuất ngày càng trở nên cấp thiết Một trong những thiết bị có mặt ở hầu hết các dây chuyền sản xuất hiện đại chính là hệ thống băng chuyền Việc ứng dụng băng chuyền giúp các doanh nghiệp tiết kiệm nhân công, tăng năng suất và nâng cao chất lượng sản phẩm Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, tốc độ của băng chuyền dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như thay đổi tải trọng, ma sát, hoặc sự không ổn định của nguồn cung cấp điện, gây ra sai lệch nhịp sản xuất và ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống

- Từ thực tế đó, nhóm chúng em nhận thấy rằng việc nghiên cứu, thiết kế một mô hình

hệ thống điều khiển tự động nhằm ổn định tốc độ của băng chuyền là một đề tài thiết thực, có tính ứng dụng cao và phù hợp với xu hướng công nghiệp hiện đại

I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI:

1 Giới thiệu đề tài:

- Trong những năm gần đây, hệ thống băng chuyền ngày càng khẳng định vai trò quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp, đặc biệt là trong các dây chuyền sản xuất hiện đại Việc ứng dụng băng tải giúp doanh nghiệp tiết kiệm nhân công, giảm thiểu sức lao động thủ công và tối ưu hóa thời gian vận hành, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và năng suất lao động

- Thực tế đã cho thấy, dù nền công nghiệp Việt Nam trải qua nhiều biến động và thách thức, nhưng nhờ vào việc ứng dụng mạnh mẽ các hệ thống máy móc, đặc biệt là các thiết bị truyền tải như băng tải, nhiều doanh nghiệp đã từng bước ổn định và phát triển sản xuất Băng tải công nghiệp ngày nay đã trở thành thiết bị không thể thiếu trong hầu hết các nhà máy, xí nghiệp và dây chuyền sản xuất hiện đại

- Mỗi lĩnh vực công nghiệp đều có những đặc thù riêng, nhưng điểm chung lớn nhất là nhu cầu vận chuyển nguyên vật liệu với số lượng lớn, tần suất cao và độ chính xác ổn định Đó chính là lý do khiến hệ thống băng chuyền luôn được các doanh nghiệp ưu tiên ứng dụng Tùy thuộc vào môi trường làm việc và yêu cầu sản xuất cụ thể, các loại băng tải khác nhau sẽ được lựa chọn để phát huy tối đa hiệu quả vận hành

- Nhờ vào khả năng hoạt động liên tục, chính xác và tiết kiệm chi phí vận hành, băng tải công nghiệp đã góp phần quan trọng vào việc nâng cao chất lượng và sản lượng sản phẩm, đáp ứng tốt hơn các yêu cầu ngày càng cao của thị trường

2 Lí do chọn đề tài:

- Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhu cầu tự động hóa trong sản xuất ngày càng trở nên cấp thiết Một trong những thiết bị có mặt ở hầu hết các dây chuyền sản xuất hiện đại chính là hệ thống băng chuyền Việc ứng dụng băng chuyền giúp các doanh nghiệp tiết kiệm nhân công, tăng năng suất và nâng cao chất lượng sản phẩm Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, tốc độ của băng chuyền dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như thay đổi tải trọng, ma sát, hoặc sự không ổn định của nguồn cung cấp điện, gây ra sai lệch nhịp sản xuất và ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống

- Từ thực tế đó, nhóm chúng em nhận thấy rằng việc nghiên cứu, thiết kế một mô hình

hệ thống điều khiển tự động nhằm ổn định tốc độ của băng chuyền là một đề tài thiết thực, có tính ứng dụng cao và phù hợp với xu hướng công nghiệp hiện đại

- Bên cạnh đó, đề tài cũng là cơ hội để nhóm vận dụng các kiến thức đã học về điều khiển tự động, truyền động điện, cảm biến và lập trình vào một mô hình thực tế Qua quá trình thực hiện đề tài, nhóm mong muốn rèn luyện thêm kỹ năng thiết kế kỹ thuật,

tư duy hệ thống và khả năng làm việc nhóm để chuẩn bị tốt hơn cho công việc sau này trong môi trường kỹ thuật – công nghiệp chuyên nghiệp

3 Mục tiêu đề tài:

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động và ảnh hưởng của tốc độ băng chuyền trong dây chuyền sản xuất, từ đó đề xuất phương pháp điều khiển tối ưu giúp quá trình vận hành diễn ra ổn định

- Thiết kế và xây dựng mô hình mô phỏng thu nhỏ của hệ thống băng chuyền có điều khiển tốc độ, đáp ứng yêu cầu ổn định khi có thay đổi tải hoặc điều kiện làm việc

- Rèn luyện kỹ năng thực hành kỹ thuật, kỹ năng thiết kế mạch điều khiển, lập trình và làm việc nhóm, chuẩn bị cho công việc trong môi trường công nghiệp tự động hóa sau khi ra trường

- Đóng góp vào việc học tập và nghiên cứu khoa học, tạo tiền đề cho các đề tài nghiên cứu ứng dụng sâu hơn trong lĩnh vực điều khiển tự động và sản xuất thông minh

→ LCD 16x2 giao tiếp qua I2C

→ Nguồn 5V cho Arduino và Encoder

→ Nguồn 12V cho động cơ giảm tốc

- Sau khi thiết kế mô hình xong thì em sẽ tiến hành khảo sát hệ thống với từng bộ điều khiển PD, PI, PID để tìm các thông số KP, KI, KD để hệ thống đạt chất lượng tốt nhất Sau đó, quan sát đáp ứng ngõ ra trên MATLAB và lập bảng tính toán các thông số như

độ vọt lố, sai số xác lập, thời gian xác lập của hệ thống; rút ra nhận xét và đưa ra kết luận

II Cơ sở lý thuyết:

- Bên cạnh đó, đề tài cũng là cơ hội để nhóm vận dụng các kiến thức đã học về điều khiển tự động, truyền động điện, cảm biến và lập trình vào một mô hình thực tế Qua quá trình thực hiện đề tài, nhóm mong muốn rèn luyện thêm kỹ năng thiết kế kỹ thuật,

tư duy hệ thống và khả năng làm việc nhóm để chuẩn bị tốt hơn cho công việc sau này trong môi trường kỹ thuật – công nghiệp chuyên nghiệp

3 Mục tiêu đề tài:

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động và ảnh hưởng của tốc độ băng chuyền trong dây chuyền sản xuất, từ đó đề xuất phương pháp điều khiển tối ưu giúp quá trình vận hành diễn ra ổn định

- Thiết kế và xây dựng mô hình mô phỏng thu nhỏ của hệ thống băng chuyền có điều khiển tốc độ, đáp ứng yêu cầu ổn định khi có thay đổi tải hoặc điều kiện làm việc

- Rèn luyện kỹ năng thực hành kỹ thuật, kỹ năng thiết kế mạch điều khiển, lập trình và làm việc nhóm, chuẩn bị cho công việc trong môi trường công nghiệp tự động hóa sau khi ra trường

- Đóng góp vào việc học tập và nghiên cứu khoa học, tạo tiền đề cho các đề tài nghiên cứu ứng dụng sâu hơn trong lĩnh vực điều khiển tự động và sản xuất thông minh

→ LCD 16x2 giao tiếp qua I2C

→ Nguồn 5V cho Arduino và Encoder

→ Nguồn 12V cho động cơ giảm tốc

- Sau khi thiết kế mô hình xong thì em sẽ tiến hành khảo sát hệ thống với từng bộ điều khiển PD, PI, PID để tìm các thông số KP, KI, KD để hệ thống đạt chất lượng tốt nhất Sau đó, quan sát đáp ứng ngõ ra trên MATLAB và lập bảng tính toán các thông số như

độ vọt lố, sai số xác lập, thời gian xác lập của hệ thống; rút ra nhận xét và đưa ra kết luận

II Cơ sở lý thuyết:

khiển giảm dần thì tín hiệu điều khiển giảm dần Khi sai lệch e(t) = 0 thì u(t) = 0 Một vấn đề là khi sai lệch đổi dấu thì tín hiệu điều khiển cũng đổi dấu

+ Thành phần P có ưu điểm là tác động nhanh và đơn giản Hệ số tỉ lệ Kp càng lớn thì tốc độ đáp ứng càng nhanh, do đó thành phần P có vai trò lớn trong giai đoạn đầu của quá trình quá độ

+ Tuy nhiên, khi hệ số tỉ lệ Kp càng lớn thì sự thay đổi của tín hiệu điều khiển càng mạnh dẫn đến dao động lớn, đồng thời làm hệ nhạy cảm hơn với nhiễu do Hơn nữa, đối với đối tượng không có đặc tính tích phân thì sử dụng bộ P vẫn tồn tại sai lệch tĩnh

- Thành phần Tích phân (I)

u(t) = Ki ∫₀ᵗ e(τ)dτ (3.4) + Với thành phần tích phân, khi tồn tại một sai lệch điều khiển dương, luôn làm tăng tín hiệu điều khiển, và khi sai lệch là âm thì luôn làm giảm tín hiệu điều khiển, bất kể sai lệch đó là nhỏ hay lớn Do đó, ở trạng thái xác lập, sai lệch là triệt tiêu e(∞) = 0 Đây cũng là ưu điểm của thành phần tích phân

+ Nhược điểm của thành phần tích phân là do phải mất một khoảng thời gian để đợi e(t) về 0 nên đặc tính tác động của bộ điều khiển sẽ chậm hơn Ngoài ra, thành phần tích phân đối khi gây lam xấu tính ổn định và đặc tính động học của hệ thống, thậm chí

có thể làm mất ổn định

+ Người ta thường sử dụng bộ PI hoặc PID thay vì bộ I đơn thuần vì để cải thiện tốc

độ đáp ứng, vừa đảm bảo yêu cầu động học của hệ thống

- Thành phần Vi phân (D)

u(t) = Kd de(t)/dt (3.5) + Mục đích của thành phần vi phân là cải thiện sự ổn định của hệ kín Do đồng học của quá trình, nền sẽ tồn tại độ trể thời gian khi có thêm bộ điều khiển chẳng như với

sự thay đổi của sai lệch e(t) và đầu ra y(t) của quá trình Thành phần vi phân đóng vai trò dự đoán đầu ra của quá trình và đưa ra phản ứng thích hợp dựa trên chiều hướng và tốc độ thay đổi của sai lệch e(t), làm tăng tốc độ đáp ứng của hệ

+ Một ưu điểm nữa là thành phần vi phân giúp ổn định một số quá trình mà bình thường không ổn định được với các bộ P hay PI

+ Nhược điểm của thành phần vi phân là rất nhạy với nhiễu do hay của giá trị đặt do tính đáp ứng nhanh nếu ở trên