Luật điều khiển vi phân có tác dụng làm giảm thời gian quá độ của hệ.. Nhược điểm của luật này là ở phương pháp lấy thông tin này vì nếu đối tượng chịu ảnh hưởng của nhiễu biến thiên thì
Trang 1u(t) = TD
dt
t
de )( (3 - 7)
Trong đó TD là hằng số thời gian vi phân Luật điều khiển vi phân có tác dụng làm giảm thời gian quá độ của hệ Do đó người ta gọi đây là luật
điều khiển vượt trước Quyết định điều khiển được đưa ra trên cơ sở đạo hàm của sai lệch Nhược điểm của luật này là ở phương pháp lấy thông tin này vì nếu đối tượng chịu ảnh hưởng của nhiễu biến thiên thì luật sẽ ra quyết định theo nhiễu do đó luật điều khiển với các đối tượng có nhiễu là hằng số hoặc ít bị nhiễu
4 Luật điều khiển PID
Đây là bộ điều khiển tích hợp của ba luật điều khiển trên vì thế nó sẽ tích luỹ được tất cả điểm mạnh của các luật trên và khắc phục những hạn chế của từng luật cụ thể
• Thành phần khuyếch đại (P) có tốc xử lý tín hiệu nhanh, có độ ổn
định cao, thời gian điều khiển ngắn Nhưng hạn chế của quy luật này
là khi hệ thống ở trạng thái xác lập luôn tồn tại sai lệch tĩnh
• Thành phần tích phân (I) có ưu điểm là triệt tiêu được sai lệch tĩnh nhưng tốc độ xử lý tín hiệu còn chậm
• Thành phần vi phân (D) có tác dụng làm tăng nhanh tốc độ tác động của tín hiệu điều khiển nhưng bên cạnh đó luật điều khiển này có độ quá điều chỉnh lớn
Sơ đồ cấu trúc của luật điều khiển:
Trang 2Hình 3 - 22: Hệ kín với luật điều khiển PID
Luật điều khiển PID đã đưa sai lệch e(t) của hệ thống về 0 sao cho quá trình quá độ thoả mãn các yêu cầu cơ bản về chất lượng:
• Nếu sai lệch e(t) càng lớn thì thông qua thành phần tỷ lệ, tín hiệu
điều chỉnh u(t) càng lớn( Vai trò khuyếch đại)
• Nếu sai lệch e(t) chưa bằng 0 thì thông qua thành phần tích phân, bộ
điều khiển PID vẫn còn tín hiệu điều chỉnh(vai trò của bộ tích phân)
• Nếu có sự thay đổi của sai lệch e(t) càng lớn thì thông qua thành phần vi phân phản ứng thích hợp của tín hiệu điều chỉnh u(t) sẽ càng nhanh(vai trò của vi phân)
Luật điều khiển PID được biểu diễn bằng phương trình sau:
U(t)= kP[ e(t) + ∫t
I
d e
T1 0 ( τ ) τ TD.e(t)] (3 - 8) Trong đó e(t) là tín hiệu đầu vào, u(t) là tín hiệu đầu ra kP được gọi là hệ
số khuếch đại, TI là hằng số thời gian tích phân và TD là hằng số thời gian vi phân Chất lượng của hệ thống phụ thuộc vào các tham số kP, TI, TD Muốn hệ thống làm việc ổn định thì ta phải chọn các bộ tham số trên sao cho phù hợp Hàm truyền của luật điều khiển PID được biểu diễn dưới dạng cộng có dạng như sau:
WPID+(s) = kP[1+
s
T.I
1 +TD.s] (3 - 9)
Hoặc dưới dạng nhân như sau:
WPID(s) =
s T
s T s T k
I
D I
P
.
) 1 )(
1 (
*
*
*
Trong đó: kP =
I
D I
P
T
T T
k
*
*
*
(3 - 11)
TI = TI* + TD* (3- 12)
TD = * *
*
*
D I
D I
T T
T T
+ (3 - 13)
Trang 35 Thiết kế luật điều khiển PID số
Yêu cầu của thiết kế được dặt ra là bộ PID số phải có tính linh hoạt cao, có giao diện thân thiện, người sử dụng có thể dễ dàng lựa chọn ra bộ PID phù hợp với đối tượng điều khiển của mình, thời gian xử lý nhanh để làm tăng tính thời gian thực cho thiết bị điều khiển
a) Luật điều khiển tỷ lệ số
Đây là luật điều khiển đơn giản trong đó dãy u(k) được tính từ dãy e(k) theo công thức:
u(k) = kP e(k) k = 0, 1, 2, … (3 - 14)
b) Luật điều khiển tích phân số
Từ công thức số 3 ta có phương trình sai phân:
u(k) =
I
T
Trong đó T là thời gian trích mẫu (Sample Time)
c.) Luật điều khiển vi phân số
Kp
Hình 3 – 23 Cấu trúc luật P số
u(k-1)
e(k)
T/Ti
Hình 3 – 24 Cấu trúc luật I số
+ +
D
u(k)
e(k)
e(k-1)
u(k)
TD/T +
-
D
Trang 4Thường các bộ điều khiển theo luật vi phân số được cài đặt theo các phương trình sai phân sau:
T [e(k) + u(k-1)] (3 - 16)
d) Luật điều khiển PID số
Từ cấu trúc PID số trên ta có:
T
T
= + ư + ư ư (3 - 17)
I
= + ư ư + + ư (3 - 18)
I
= + + ư ư + ư (3 - 19) Luật điều khiển PID số trong công thức trên được lựa chọn để cài đặt cho bộ điều khiển của chip trên công nghệ PsoC
6 Cách xác định thông số của bộ PID
a) Phương pháp Ziegler Nichol(cho PID)
1
2
T
T
(3 - 20)
Ti = 2T1 (3 - 21)
Td = 0.5T2 (3 - 22)
Trang 5Với T1 và T2 được xác định từ hàm truyền hở của động cơ
Hình 3 - 27 : Đặc tính tốc độ hàm truyền hở của động cơ
Thực nghiệm được tiến hành theo các bước sau:
* Cho hệ thống làm việc ở biên giới ổn định
- Điều khiển đối tượng theo luật P (T ặ 0 và Ti ặ ∞)
- Xác định hệ số kpth
* Cho hệ thống làm việc với luật PI
- Cho hệ làm việc với luật PI và với hệ số kp = 0,45 kpth, Ti tuỳ chọn
- Giảm hàm số thời gian tích phânTi cho đến khi hệ thống làm việc
ở biên giới ổn định Xác định hằng số Ti ở chế độ này Ti = Tith
* Chọn luật điều khiển PID
- Cho hệ thống làm việc theo luật PID với kp = kpth- ξ ( ξ đủ nhỏ),
Td và Ti tuỳ chọn
- Tăng hằng số thời gian vi phân cho đến khi hệ thống đạt được quá điều chỉnh cực đại lớn nhất σmax= max Xác định Td max Chọn TD =
3 1 TDMAX và Ti = 4,5TD
Trang 6- Giảm kp cho đến khi hệ thống đạt được đặc tính động học mong muốn
3.5.2 Tổng hợp hệ thống điều khiển
1 Để tổng hợp hệ thống điều khiển trước tiên ta phải nắm được mô hình toán học của hệ thống điều khiển bằng cách mô hình hoá đối tượng đó lên Trong thực tế có hai phương pháp mô hình hoá:
- Phương pháp lý thuyết
- Phương pháp thực nghiệm
Phương pháp lý thuyết là phương pháp thiết lập mô hình dựa trên các
định luật có sẵn về quan hệ vật lý bên trong và quan hệ giao tiếp với hệ thống bên ngoài của đối tượng Các mối quan hệ này được biểu diễn bằng các phương trình toán hoc
Trong trường hợp các thông số của đối tượng không đủ đảm bảo cho chúng ta tiến hành tổng hợp thành một hệ thống hoàn chỉnh thì chúng ta phải
áp dụng phương pháp thực nghiệm bằng cách tiến hành thử hệ thống với một loạt các tín hiệu đầu vào và ghi nhận các thông số đầu ra sao cho kết quả thử nghiệm phải phù hợp với yêu cầu của phương pháp lý thuyết đề ra
Trong điều kiện của đề tài chúng tôi tiến hành tổng hợp hệ thống bằng phương pháp thực nghiệm với tín hiệu đầu vào x(t) là nhiệt độ không khí còn tín hiệu đầu ra là thời gian vận hành máy bơm Qua đó ta tiến hành làm mạch
và cho chạy thử với các bộ thông số PID từ đó chọn ra bộ PID phù hợp với đối tượng điều khiển
3.6 Kết luận chương III
Thông qua chương III đã lựa chọn và giới thiệu chương trình điều khiển chip trên công nghệ PsoC và so sánh hiệu quả, tính tiện dụng và kinh tế khi sử dụng chip trên công nghệ PsoC với các loại chip thông thường và các phương pháp điều khiển khác.Tiến hành lựa chọn thuật điều khiển hệ thống sao cho
Trang 7Chương 4 Thiết kế và thi công bộ điều khiển hệ thống
4.1 Sơ đồ khối của bộ điều khiển
Trang 8
4.2 Phân công tín hiệu điều khiển
Tín hiệu đầu vào
1 Cảm biến nhiệt độ Ta P0.7 CBN
2 Cảm biến áp suất P P0.6 CBS
4 Cảm biến bức xạ Qs P0.3 CBB
Tín hiệu đầu ra
4 Đèn báo HT làm việc bình thường (Led) P0.0 D0
4.3 Thuật toán điều khiển
Ta có sơ đồ thuật toán như sau:
Trang 10Hình 4 – 4 : Sơ đồ thuật toán điều khiển ngắt
