Trong ngôn ngữ hàng ngày, "thích nghi" có nghĩa là thay đổi hành vi để phù hợp với hoàn cảnh mới. Về mặt khái niệm, một bộ điều khiển thích nghi do đó là một bộ điều khiển có thể sửa đổi hành vi của nó để đáp ứng với những thay đổi động lực học của quá trình và tính chất của sự xáo trộn. Nó đã được đề xuất trong một hội nghị chuyên đề đầu tiên vào năm 1961: "Một hệ thống thích ứng là bất kỳ hệ thống vật lý nào được thiết kế với quan điểm thích ứng". Một bộ điều khiển thích ứng có thể được định nghĩa là một bộ điều khiển với các thông số có thể điều chỉnh và một cơ chế để điều chỉnh các thông số.
Lý do điều khiển thích nghi là cần thiết là các thông số liên tục của bộ điều khiển có thể cung cấp hiệu suất tốt trong một điều kiện nhưng trong một điều kiện khác, hiệu suất có thể giảm đi do những thay đổi đáng kể về bản chất của hệ thống. Trong trường hợp này, điều khiển thích nghi cung cấp một giải pháp. Đôi khi, nó được sử dụng để tránh khó khăn của việc điều chỉnh. Các sơ đồ thích ứng điển hình trong ứng dụng như sau. Các ý tưởng cơ bản của ba kỹ thuật đầu tiên, được sử dụng trong building process control, được giới thiệu dưới đây.
• Auto- tuning
• Gain scheduling
• Self- tuning regulator
• Model- reference adaptive system
• Stochastic adaptive control.
7.8.1 Auto- tuning
Một số chương trình làm việc thích nghi yêu cầu thông tin tiên nghiệm về động lực học quá trình. Đối với người dùng, sẽ là lý tưởng để có một chức năng tự động điều chỉnh trong đó bộ điều khiển có thể được điều chỉnh đơn giản chỉ bằng cách nhấn một nút. Các kỹ thuật tự động điều chỉnh được phát triển cho mục đích này. Một số nhà sản xuất đã buộc phải giới thiệu một chế độ tiền điều chỉnh để giúp thu thập thông tin cần thiết trước đó. Auto-tuning bộ điều khiển PID là một ứng dụng công nghiệp điển hình của auto-tuning. Tầm quan trọng của một thông tin tiên nghiệm cũng xuất hiện liên quan đến những nỗ lực phát triển các kỹ thuật để tự động điều chỉnh các thuật toán PID đơn giản. Các bộ điều khiển tự chỉnh như vậy, là các trạm điều khiển tiêu chuẩn cho tự động hóa công nghiệp và tòa nhà, được sử dụng để điều khiển các hệ thống với nhiều hằng số thời gian.
Mặc dù các chương trình làm việc thích nghi thông thường dường như là công cụ lý tưởng để cung cấp giải pháp điều chỉnh tự động, nhưng chúng được nhận thấy là không đầy đủ vì chúng đòi hỏi kiến thức về giai đoạn kế tiếp. Do đó, các kỹ thuật đặc biệt để tự động điều chỉnh các bộ điều khiển đơn giản đã được phát triển. Những kỹ thuật này cũng hữu ích để phục vụ điều chỉnh trước các hệ thống thích ứng phức tạp hơn. Một cái nhìn tổng quan về bộ điều khiển PID công nghiệp với auto-tuing được đưa ra dưới đây.
Một số cách để thực hiện auto-tuning đã được đề xuất. Phương pháp phổ biến nhất là tiến hành một thử nghiệm đơn giản về quá trình. Thử nghiệm có thể được thực hiện trong vòng lặp hở hoặc vòng kín như được mô tả trong Phần 7.6.
Trong các thử nghiệm vòng hở, đầu vào của quá trình bị kích thích bởi một xung hoặc một vài bước. Một mô hình quá trình đơn giản, ví dụ như khâu dao động bậc hai, sau đó được ước tính bằng cách sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu hoặc một số phương pháp ước tính đệ quy khác. Nếu một mô hình quá trình giao động bậc hai được ước tính, bộ điều khiển PID có thể được sử dụng để thực hiện gán điểm cực.
Hình 7.15. Sơ đồ khái niệm về bộ tự động điều chỉnh rơle.
Tốc độ và hệ số tắt dần của hệ thống là các thông số thiết kế. Một phương pháp thiết kế phổ biến là bộ điều khiển điểm không sao cho chúng hủy bỏ hai điểm cực của quá trình. Điều này mang lại cho hệ thống có phản ứng tốt trong các trường hợp điểm đặt thay đổi, trong khi phản ứng với nhiễu tải được xác định bởi động lực vòng hở. Phương pháp phản hồi tức thì để điều chỉnh tự động bộ điều khiển PID được sử dụng trong các sản phẩm trên thị trường. Nó cũng được sử dụng để điều chỉnh trước trong bộ điều khiển thích nghi trong một số sản phẩm.
Các thí nghiệm điều chỉnh cũng có thể được thực hiện trong vòng lặp khép kín. Một ví dụ điển hình về điều này là phương pháp tự dao động của Ziegler và Nichols hoặc các biến thể của nó. Bộ điều chỉnh rơle dựa trên tự dao động được sử dụng trong một số sản phẩm. Trong các bộ điều chỉnh này, việc điều chỉnh được bắt đầu đơn giản bằng cách nhấn nút điều chỉnh. Một lợi thế của việc thực hiện các thử nghiệm trong một vòng khép kín là đầu ra của quá trình có thể được giữ trong giới hạn hợp lý, điều này có thể gây khó khăn cho các quá trình với các nhà tích hợp nếu thí nghiệm được thực hiện trong một vòng hở.
Chức năng auto-tuning thường là một tính năng tích hợp trong bộ điều khiển PID độc lập tiêu chuẩn. Auto-tuning cũng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng thiết bị bên ngoài. Bộ điều chỉnh sau đó được kết nối với quá trình và thực hiện một thử nghiệm, thường là trong vòng lặp hở. Bộ điều chỉnh sau đó đề xuất cài đặt tham số, được đưa vào bộ điều khiển PID bằng tay hoặc tự động. Vì bộ điều chỉnh bên ngoài phải có khả năng làm việc với bộ điều khiển PID từ các nhà sản xuất khác nhau, điều quan trọng là bộ điều chỉnh phải có thông tin chi tiết về việc thực hiện thuật toán PID trong các trường hợp cụ thể.