MÔ HIÌNH hệ THỐNG điều KHIỂN tự ĐỘNG và xây DỰNG bộ điều KHIỂN PID

 TỔNG QUANBáo cáo 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 đá

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUÂÂT TP-HCM

LỚP CAO HỌC-2006 NGÀNH THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN

BÁO CÁO MÔN HỌC :

CAD TRONG KỸ THUẬT ĐIỆN

ĐỀ TÀI:

MÔ HIÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG VÀ XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID

 TỔNG QUAN

Báo cáo 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

 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:

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:

 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)

 bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ:

 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

 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)

 Hiệu chỉnh thông số của bộ điều khiển PID(tt):

từ 2 giá trị K C và ω c vừa đạt các thông số K P , K I ,

K D được xác định như bảng sau:

 KẾT LUẬN:

 PID là môôt trong những lí thuyết cổ điển và cũ nhất dùng cho điều khiển tuy nhiên nó vẫn

được ứng dụng rôông rãi cho đến ngày nay

 Đôông cơ khi quay với môôt tốc đôô xác định thì

rõ ràng khi quay nó có hiêôn tượng giâôt PID

có thể làm tốt hơn viêôc đó