Bài giảng Lý thuyết điều khiển tự động 1 - Bài 11: Bộ điều khiển tỷ lệ-tích phân-vi phân (PID) - Đỗ Tú Anh

Nội dung text: Bài giảng Lý thuyết điều khiển tự động 1 - Bài 11: Bộ điều khiển tỷ lệ-tích phân-vi phân (PID) - Đỗ Tú Anh

1. Lý thuyết Điều khiểntựđộng 1 Bộđiềukhiển tỷ lệ-tích phân- vi phân (PID) ThS. Đỗ Tú Anh Bộ môn Điềukhiểntựđộng Khoa Điện, Trường ĐHBK HN
2. 11-1 Sơ lượcvề bộđiều khiểnPID Sơđồkhốimộthệ thống điềukhiểntựđộng BộđiềukhiểnPID HSKĐ tích phân BộđiềukhiểnPID HSKĐ tỷ lệ HSKĐ vi phân PID Proportional-Intergral-Derivative Lý thuyết ĐKTĐ 1Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
3. 11-2 Sơ lượcvề bộđiều khiển PID (tiếp) Hằng số thời gian vi phân trong đó và Hằng số thời gian tích phân Nhậnxét •Cómột điểmcựcnằmtạigốctọa độ •Cóhaiđiểm không vớivị trí phụ thuộcvàoKp, Ti , Td. Nhiệmvụ Lựachọn(chỉnh định) các tham số K , T , T để hệ thống đạt được p i d chấtlượng như mong muốn(tốtnhấtcóthể). Các bộđiềukhiểntronghọ PID Bộđiềukhiển P, I, PI, PD, PID Lý thuyết ĐKTĐ 1Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
4. 11-3 Sơ lượcvề bộđiều khiển PID (tiếp) Ví dụ về hệ thống điềukhiển robot hàn BộđkI Điềukiên ổn định 084<<K Lý thuyết ĐKTĐ 1Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
5. 11-4 Sơ lượcvề bộđiều khiển PID (tiếp) Ví dụ về hệ thống điềukhiển độ dày trong quá trình cán kim loại BộđkP Không có giá trị nào của K để hệổn định Hệổn định với K > 0 BộđkPD Việclựachọnbộđiềukhiểnphụ thuộc vào mô hình toán học của đốitượng và các yêu cầuchấtlượng đặtrachohệ thống. Lý thuyết ĐKTĐ 1Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
6. 11-5 Bộđiều khiểntỷ lệ P Gscp()= K Tín hiệu điềukhiển u(t) tỉ lệ với giá trị tức thờicủasailệch e(t) Ưu điểmcủaluậttỷ lệ Do tính tác động nhanh và tức thờinêncảithiện đượctốc độ đáp ứng củahệ thống Nhược điểm • Không bảo đảmsailệch e(t) tiếntới0 •Hệ nhạycảmhơnvới ảnh hưởng củanhiễu đo Lý thuyết ĐKTĐ 1Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
7. 11-6 Bộđiều khiểntỷ lệ-tích phân PI Tín hiệu điềukhiển u(t) tỉ lệ vớitích lũycủasailệch e(t) Ưu điểmcủaluật tích phân Cho phép triệt tiêu sai lệch tĩnh Nhược điểm •Bôđkthuầntúytích phân đáp ứng chậmso với sự thay đổicủa e(t) •Hệ kém ổn định hơn. Lý thuyết ĐKTĐ 1Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
8. 11-7 Bộđiều khiểntỷ lệ-tích phân PI (tiếp) dụ Ví 1 G = p ss(1)+ Thay đổi Kp và Ki như sau ()()KKKpp123>> (), p ()KKKii123>> () (). i Giảm Kpvà Ki sẽ làm giảmdaođộng và hệổn định hơn. Lý thuyết ĐKTĐ 1Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
9. 11-8 Bộđiều khiểntỷ lệ-vi phân PD Tín hiệu điềukhiển u(t) tỉ lệ vớisự thay đổicủasailệch e(t) Ưu điểmcủaluậtvi phân •Do đoán trướcchiều hướng và tốc độ thay đổi củasailệch và đưara phản ứng thích hợpnên làm tăng tốc độ đáp ứng củahệ •Hệổn định hơn Nhược điểm Quá nhạycảmvớinhiễu đo Lý thuyết ĐKTĐ 1Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
10. 11-9 BộđĐồiềTiêuuth khiị Bode chuểntẩ ỷcnủlệ Nyquistakhâub-vi phân (tiấ PDtkếp)ỳ (tiếp) dụ Ví 1 G = p ss(1)+ Xét hai trường hợp •Sử dụng bộđiều khiểnP •Sử dụng bộđiều khiểnPD Thành phần vi phân làm giảm độ quá điềuchỉnh và giảmdaođộng. Lý thuyết ĐKTĐ 1Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
11. 11-10 BộđiềĐồu khiTiêuthểịntBode chuỷ lệẩ -tíchcnủ Nyquistakhâub phân-vi (tiấtkế phânp)ỳ PID Điểm không: s=−1/ a và s=−1/b trong đó và Điểmcực: s=0 Ưu điểm Kếthợp được các ưu điểm củabộđkPI vàPD Bài toán thiếtkế bộđkPID Xác định các tham số Kp, Ti, Td sao cho hệ thống đạt được chấtlượng mong muốn: t/g tăng và t/g xác lâp ngắn, độ quá điềuchỉnh nhỏ, sai lệch tĩnh bằng 0, Lý thuyết ĐKTĐ 1Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
12. 11-11 Bộđiều khiểnPID (tiếp) Ảnh hưởng củatừng tham số PID tớichấtlượng điềukhiển Thay đổithamsố Chỉ tiêu chấtlượng Tăng Kp GiảmTi Tăng Td Thờigianđáp ứng giảm giảmít giảmít Thời gian quá độ thay đổiít giảm giảm Độ quá điềuchỉnh tăng tăng giảmít Hệ số tắtdần thay đổiít tăng giảm Sai lệch tĩnh giảm triệt tiêu thay đổiít Tín hiệu điềukhiển tăng tăng tăng Độ dự trữổn định giảm giảm tăng Bềnvững với nhiễu đo giảm thay đổiít giảm Lý thuyết ĐKTĐ 1Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
13. 11-12 Bộđiều khiểnPID (tiếp) Biểu đồ lựachọn các thành phầncủabộđiềukhiểnPID Có cầnthiếtsailệch tĩnh đốivới Không tín hiệuvàobướcnhảybằng 0? Có Tín hiệuphảnhồivề chịu nhiều Không ảnh hưởng củanhiễu đo? Có yêu cầu độ quá điềuchỉnh nhỏ vớithờigianxáclậpngắn? Có Không Có Chọnbộđk PI Chọnbộđk PID Chọnbộđk P Lý thuyết ĐKTĐ 1Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
14. 11-13 Hiệnthực hóa bộđiềukhiểnPID Lý thuyết ĐKTĐ 1Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
15. 11-14 Hiệnthực hóa bộđiềukhiển PID (tiếp) Lý thuyết ĐKTĐ 1Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện