Bộ điều khiển PID – Wikipedia tiếng Việt - Vê Sinh Bảo Dưỡng Điều Hòa Uy Tín Nhất Tại Hà Nội

Một bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ ( PID- Proportional Integral Derivative) là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển (lý thuyết điều khiển tự động)|bộ điều khiển]]) tổng quát được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp – bộ điều khiển PID 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.[1] 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.

Giải thuật tính toán bộ điều khiển PID bao gồm 3 thông số riêng biệt, do đó đôi khi nó còn được gọi là điều khiển ba khâu: các giá trị tỉ lệ, tích phân và đạo hàm, viết tắt là P, I, và D. Giá trị tỉ lệ xác định tác động của sai số hiện tại, giá trị tích phân xác định tác động của tổng các sai số quá khứ, và giá trị vi phân xác định tác động của tốc độ biến đổi sai số. Tổng chập của ba tác động này dùng để điều chỉnh quá trình thông qua một phần tử điều khiển như vị trí của van điều khiển hay bộ nguồn của phần tử gia nhiệt. Nhờ vậy, những giá trị này có thể làm sáng tỏ về quan hệ thời gian: P phụ thuộc vào sai số hiện tại, I phụ thuộc vào tích lũy các sai số quá khứ, và D dự đoán các sai số tương lai, dựa vào tốc độ thay đổi hiện tại.[2]

Bằng cách kiểm soát và điều chỉnh 3 hằng số trong giải thuật của bộ điều khiển PID, bộ điều khiển hoàn toàn có thể dùng trong những phong cách thiết kế có nhu yếu đặc biệt quan trọng. Đáp ứng của bộ điều khiển hoàn toàn có thể được diễn đạt dưới dạng độ nhạy sai số của bộ điều khiển, giá trị mà bộ điều khiển vọt lố điểm đặt và giá trị xê dịch của mạng lưới hệ thống. Lưu ý là tác dụng của giải thuật PID trong điều khiển không bảo vệ tính tối ưu hoặc không thay đổi cho mạng lưới hệ thống .

Vài ứng dụng có thể yêu cầu chỉ sử dụng một hoặc hai khâu tùy theo hệ thống. Điều này đạt được bằng cách thiết đặt đội lợi của các đầu ra không mong muốn về 0. Một bộ điều khiển PID sẽ được gọi là bộ điều khiển PI, PD, P hoặc I nếu vắng mặt các tác động bị khuyết. Bộ điều khiển PI khá phổ biến, do đáp ứng vi phân khá nhạy đối với các nhiễu đo lường, trái lại nếu thiếu giá trị tích phân có thể khiến hệ thống không đạt được giá trị mong muốn.

Bạn đang đọc: Bộ điều khiển PID – Wikipedia tiếng Việt

Chú ý : Do sự phong phú của nghành kim chỉ nan và ứng dụng điều khiển, nhiều qui ước đặt tên cho những biến có tương quan cùng được sử dụng .

Cơ bản về vòng điều khiển[sửa|sửa mã nguồn]

Một ví dụ quen thuộc của vòng điều khiển là hành vi kiểm soát và điều chỉnh vòi nước nóng và lạnh để duy trì nhiệt độ nước mong ước ở đầu vòi nước. Thường ta phải trộn hai dòng nước, nóng và lạnh lại với nhau. Và chạm vào nước để cảm nhận hoặc ước đạt nhiệt độ của nó. Dựa trên phản hồi này, ta đi kiểm soát và điều chỉnh van nóng và van lạnh cho đến khi nhiệt độ không thay đổi ở giá trị mong ước .Giá trị cảm ứng nhiệt độ nước là giá trị tương tự như ( analog ), dùng để thống kê giám sát giá trị giải quyết và xử lý hoặc biến quy trình ( PV ). Nhiệt độ mong ước được gọi là điểm đặt ( SP ). Đầu vào quy trình ( vị trí van nước ) được gọi là biến điều khiển ( MV ). Hiệu số giữa nhiệt độ đo và điểm đặt được gọi là sai số ( e ), dùng để lượng hóa được khi nào thì nước quá nóng hay khi nào thì nước quá lạnh bằng giá trị .

Sau khi đo lường nhiệt độ (PV), và sau đó tính toán sai số, bộ điều khiển sẽ quết định thời điểm thay đổi vị trí van (MV) và thay đổi bao nhiêu. Khi bộ điều khiển mở van lần đầu, nó sẽ mở van nóng tí xíu nếu cần nước ấm, hoặc sẽ mở hết cỡ nếu cần nước rất nóng. Đây là một ví dụ của điều khiển tỉ lệ đơn giản. Trong trường hợp nước nóng không được cung cấp nhanh chóng, bộ điều khiển có thể tìm cách tăng tốc độ của chu trình lên bằng cách tăng độ mở của van nóng theo thời gian. Đây là một ví dụ của điều khiển tích phân. Nếu chỉ sử dụng hai phương pháp điều khiển tỉ lệ và tích phân, trong vài hệ thống, nhiệt độ nước có thể dao động giữa nóng và lạnh, bởi vì bộ điều khiển điều chỉnh van quá nhanh và vọt lố hoặc bù lố so với điểm đặt.

Để đạt được sự hội tụ tăng dần đến nhiệt độ mong muốn (SP), bộ điều khiển cần phải yêu cầu làm tắt dần dao động dự đoán trong tương lai. Điều này có thể thực hiện bởi phương pháp điều khiển vi phân.

Giá trị đổi khác hoàn toàn có thể quá lớn khi sai số tương ứng là nhỏ so với bộ điều khiển có độ lợi lớn và sẽ dẫn đến vọt lố. Nếu bộ điều khiển lặp lại nhiều lần việc đổi khác này sẽ dẫn đến tiếp tục xảy ra vọt lố, đầu ra sẽ giao động xung quanh điểm đặt, tăng hoặc giảm theo hình sin cố định và thắt chặt. Nếu giao động tăng theo thời hạn thì mạng lưới hệ thống sẽ không không thay đổi, còn nếu giao động giảm theo thời hạn thì mạng lưới hệ thống đó không thay đổi. Nếu xê dịch duy trì tại một biên độ cố định và thắt chặt thì mạng lưới hệ thống là ổn định biên độ. Con người không để xảy ra xê dịch như vậy do tại tất cả chúng ta là những ” bộ ” điều khiển thích nghi, biết rút kinh nghiệm tay nghề ; tuy nhiên, bộ điều khiển PID đơn thuần không có năng lực học tập và phải được thiết đặt tương thích. Việc chọn độ lợi hài hòa và hợp lý để điều khiển hiệu suất cao được gọi là kiểm soát và điều chỉnh bộ điều khiển .Nếu một bộ điều khiển mở màn từ một trạng thái không thay đổi tại điểm sai số bằng 0 ( PV = SP ), thì những đổi khác sau đó bởi bộ điều khiển sẽ phụ thuộc vào vào những đổi khác trong tín hiệu đầu vào đo được hoặc không đo được khác ảnh hưởng tác động vào quy trình điều khiển, và ảnh hưởng tác động tới đầu ra PV. Các biến tác động ảnh hưởng vào quy trình khác với MV được gọi là nhiễu. Các bộ điều khiển thường thì được sử dụng để loại trừ nhiễu và / hoặc bổ trợ những đổi khác điểm đặt. Những biến hóa trong nhiệt độ nước phân phối là do nhiễu trong quy trình điều khiển nhiệt độ ở vòi nước .Về triết lý, một bộ điều khiển hoàn toàn có thể được sử dụng để điều khiển bất kể một quy trình nào mà có một đầu ra đo được ( PV ), một giá trị lý tưởng biết trước cho đầu ra ( SP ) và một nguồn vào quy trình ( MV ) sẽ ảnh hưởng tác động vào PV thích hợp. Các bộ điều khiển được sử dụng trong công nghiệp để kiểm soát và điều chỉnh nhiệt độ, áp suất, vận tốc dòng chảy, tổng hợp hóa chất, vận tốc và những đại lượng khác hoàn toàn có thể thống kê giám sát được. Xe hơi điều khiển hành trình dài là một ví dụ cho việc vận dụng điều khiển tự động hóa trong thực tiễn .Các bộ điều khiển PID thường được lựa chọn cho nhiều ứng dụng khác nhau, vì triết lý an toàn và đáng tin cậy, được kiểm chứng qua thời hạn, đơn thuần và dễ thiết lập cũng như bảo dưỡng của chúng .

Lý thuyết điều khiển PID[sửa|sửa mã nguồn]

Phần này chỉ diễn đạt dạng song song hoặc không tương tác của bộ điều khiển PID. Xin xem thêm ” Alternative nomenclature and PID forms ” cho những dạng khác .Sơ đồ điều khiển PID được đặt tên theo ba khâu hiệu chỉnh của nó, tổng của ba khâu này tạo thành bởi những biến điều khiển ( MV ). Ta có :

\mathrm {MV(t)} =\,P_{\mathrm {out} }+I_{\mathrm {out} }+D_{\mathrm {out} }

trong đó

P_{\mathrm {out} }

I_{\mathrm {out} }

D_{\mathrm {out} }

Khâu tỉ lệ[sửa|sửa mã nguồn]

p (Ki và Kd là hằng số)Đồ thị PV theo thời hạn, ba giá trị K ( Kvà Klà hằng số )

Khâu tỉ lệ (đôi khi còn được gọi là độ lợi) làm thay đổi giá trị đầu ra, tỉ lệ với giá trị sai số hiện tại. Đáp ứng tỉ lệ có thể được điều chỉnh bằng cách nhân sai số đó với một hằng số Kp, được gọi là hệ số tỉ lệ.

Khâu tỉ lệ được cho bởi :

P_{\mathrm {out} }=K_{p}\,{e(t)}

trong đó

P o u t { \ displaystyle P_ { \ mathrm { out } } }

K_{p}

e

=SP-PV

t

Hệ số của khâu tỉ lệ lớn là do đổi khác lớn ở đầu ra mà sai số đổi khác nhỏ. Nếu thông số của khâu tỉ lệ quá cao, mạng lưới hệ thống sẽ không không thay đổi ( xem phần kiểm soát và điều chỉnh vòng ). trái lại, thông số nhỏ là do phân phối đầu ra nhỏ trong khi sai số nguồn vào lớn, và làm cho bộ điều khiển kém nhạy, hoặc cung ứng chậm. Nếu Hệ số của khâu tỉ lệ quá thấp, tác động ảnh hưởng điều khiển hoàn toàn có thể sẽ quá bé khi phân phối với những nhiễu của mạng lưới hệ thống .

Nếu không có nhiễu, điều khiển tỉ lệ thuần túy sẽ không xác lập tại giá trị mong muốn của nó, nhưng nó vẫn duy trì một (độ trượt) sai số ổn định trạng thái, là một hàm của độ lợi tỉ lệ và độ lợi quá trình. Đặc biệt, nếu độ lợi quá trình-trong khoảng thời gian dài bị trôi do thiếu điều khiển, như việc làm mát một lò nung tới nhiệt độ phòng-được ký hiệu G và giả sử sai số xấp xỉ là hằng số, khi đó droop-độ trượt xảy ra khi độ lợi không đổi này bằng thừa số tỉ lệ của đầu ra,

o
u
t

{\displaystyle P_{\mathrm {out} },}

$P_{\mathrm {out} },$ với sai số là tuyến tính,

G
=

e
,

{\displaystyle G=K_{p}e,}

$G=K_{p}e,$ do đó

e
=
G

{\displaystyle e=G/K_{p}.}

$e=G/K_{p}.$ Khi thừa số tỉ lệ, đẩy vào thông số tới giá trị đặt, được bù chính xác bởi độ lợi quá trình, nó sẽ kéo thông số ra khỏi giá trị đặt. Nếu độ lợi quá trình giảm, khi làm lạnh, thì trạng thái dừng sẽ nằm dưới điểm đặt, ta gọi là “droop-độ trượt”.

Chỉ những thành phần di dời ( trung bình dài hạn, thành phần tần số không ) của độ lợi quy trình mới ảnh hưởng tác động tới độ trượt-các giao động đều hoặc ngẫu nhiên trên hoặc dưới thành phần di dời sẽ bị triệt tiêu. Độ lợi quy trình hoàn toàn có thể biến hóa theo thời hạn hoặc theo những biến hóa bên ngoài, ví dụ như nếu nhiệt độ phòng biến hóa, việc làm lạnh sẽ nhanh hơn hoặc chậm hơn .

Độ trượt tỉ lệ thuận với độ lợi quá trình và tỉ lệ nghịch với độ lợi tỉ lệ, và là một khiếm khuyết không thể tránh được của điều khiển tỉ lệ thuần túy. Độ trượt có thể được giảm bớt bằng cách thêm một thừa số độ lệch (cho điểm đặt trên giá trị mong muốn thực tế), hoặc sửa đổi bằng cách thêm một khâu tích phân (trong bộ điều khiển PI hoặc PID), sẽ tính toán độ lệch thêm vào một cách hữu hiệu.

Bất chấp độ trượt, cả triết lý kiểm soát và điều chỉnh lẫn thực tiễn công nghiệp chỉ ra rằng khâu tỉ lệ là thiết yếu trong việc tham gia vào quy trình điều khiển .

Khâu tích phân[sửa|sửa mã nguồn]

i (Kp và Kd không đổi)Đồ thị PV theo thời hạn, tương ứng với 3 giá trị K ( Kvà Kkhông đổi )

Phân phối của khâu tích phân (đôi khi còn gọi là reset) tỉ lệ thuận với cả biên độ sai số lẫn quảng thời gian xảy ra sai số. Tổng sai số tức thời theo thời gian (tích phân sai số) cho ta tích lũy bù đã được hiệu chỉnh trước đó. Tích lũy sai số sau đó được nhân với độ lợi tích phân và cộng với tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển. Biên độ phân phối của khâu tích phân trên tất cả tác động điều chỉnh được xác định bởi độ lợi tích phân,

{\displaystyle K_{i}}

$K_{i}$ .

Thừa số tích phân được cho bởi :

o
u
t

∫

e
(
τ
)

d
τ

{\displaystyle I_{\mathrm {out} }=K_{i}\int _{0}^{t}{e(\tau )}\,{d\tau }}

$I_{\mathrm {out} }=K_{i}\int _{0}^{t}{e(\tau )}\,{d\tau }$

trong đó

I o u t { \ displaystyle I_ { \ mathrm { out } } }

K i { \ displaystyle K_ { i } }

e { \ displaystyle e }

= S P − P V { \ displaystyle = SP-PV }

t { \ displaystyle t }

\tau

Khâu tích phân ( khi cộng thêm khâu tỉ lệ ) sẽ tăng cường hoạt động của quy trình tới điểm đặt và khử số dư sai số không thay đổi với một tỉ lệ chỉ phụ thuộc vào vào bộ điều khiển. Tuy nhiên, vì khâu tích phân là phân phối của sai số tích góp trong quá khứ, nó hoàn toàn có thể khiến giá trị hiện tại vọt lố qua giá trị đặt ( ngang qua điểm đặt và tạo ra một độ lệch với những hướng khác ). Để khám phá thêm những đặc thù của việc kiểm soát và điều chỉnh độ lợi tích phân và độ ổn của bộ điều khiển, xin xem phần kiểm soát và điều chỉnh vòng lặp .

Khâu vi phân[sửa|sửa mã nguồn]

d (Kp and Ki không đổi)Đồ thị PV theo thời hạn, với 3 giá trị K ( Kand Kkhông đổi )

Tốc độ thay đổi của sai số qua trình được tính toán bằng cách xác định độ dốc của sai số theo thời gian (tức là đạo hàm bậc một theo thời gian) và nhân tốc độ này với độ lợi tỉ lệ

{\displaystyle K_{d}}

$K_{d}$ . Biên độ của phân phối khâu vi phân (đôi khi được gọi là tốc độ) trên tất cả các hành vi điều khiển được giới hạn bởi độ lợi vi phân,

{\displaystyle K_{d}}

Thừa số vi phân được cho bởi :

D_{\mathrm {out} }=K_{d}{\frac {d}{dt}}e(t)

trong đó

D o u t { \ displaystyle D_ { \ mathrm { out } } }

K d { \ displaystyle K_ { d } }

e { \ displaystyle e }

= S P − P V { \ displaystyle = SP-PV }

t { \ displaystyle t }

Khâu vi phân làm chậm vận tốc biến hóa của đầu ra bộ điều khiển và đặc tính này là đang quan tâm nhất để đạt tới điểm đặt của bộ điều khiển. Từ đó, điều khiển vi phân được sử dụng để làm giảm biên độ vọt lố được tạo ra bởi thành phần tích phân và tăng mức độ không thay đổi của bộ điều khiển hỗn hợp. Tuy nhiên, phép vi phân của một tín hiệu sẽ khuếch đại nhiễu và do đó khâu này sẽ nhạy hơn so với nhiễu trong sai số, và hoàn toàn có thể khiến quy trình trở nên không không thay đổi nếu nhiễu và độ lợi vi phân đủ lớn. Do đó một xê dịch của bộ vi sai với băng thông số lượng giới hạn thường được sử dụng hơn. Chẳng hạn như mạch bù sớm pha .

Khâu tỉ lệ, tích phân, vi phân được cộng lại với nhau để tính toán đầu ra của bộ điều khiển PID. Định nghĩa rằng

u
(
t
)

{\displaystyle u(t)}

$u(t)$ là đầu ra của bộ điều khiển, biểu thức cuối cùng của giải thuật PID là:

\mathrm {u(t)} =\mathrm {MV(t)} =K_{p}{e(t)}+K_{i}\int _{0}^{t}{e(\tau )}\,{d\tau }+K_{d}{\frac {d}{dt}}e(t)

trong đó những thông số kỹ thuật kiểm soát và điều chỉnh là :

Độ lợi tỉ lệ, $K p { \ displaystyle K_ { p } }$: giá trị càng lớn thì đáp ứng càng nhanh do đó sai số càng lớn, bù khâu tỉ lệ càng lớn. Một giá trị độ lợi tỉ lệ quá lớn sẽ dẫn đến quá trình mất ổn định và dao động.
Độ lợi tích phân, $K i { \ displaystyle K_ { i } }$: giá trị càng lớn kéo theo sai số ổn định bị khử càng nhanh. Đổi lại là độ vọt lố càng lớn: bất kỳ sai số âm nào được tích phân trong suốt đáp ứng quá độ phải được triệt tiêu tích phân bằng sai số dương trước khi tiến tới trạng thái ổn định.
Độ lợi vi phân, $K d { \ displaystyle K_ { d } }$: giá trị càng lớn càng giảm độ vọt lố, nhưng lại làm chậm đáp ứng quá độ và có thể dẫn đến mất ổn định do khuếch đại nhiễu tín hiệu trong phép vi phân sai số.

Điều chỉnh vòng lặp[sửa|sửa mã nguồn]

Điều chỉnh một vòng điều khiển là điều chỉnh các thông số điều khiển của nó (độ lợi/dải tỉ lệ, độ lợi tích phân/reset, độ lợi vi phân/tốc độ) tới giá trị đáp ứng điều khiển tối ưu. Độ ổn định (dao động biên) là một yêu cầu căn bản, nhưng ngoài ra, các hệ thống khác nhau, có những hành vi khác nhau, những ứng dụng khác nhau có những yêu cầu khác nhau, vài yêu cầu lại mâu thuẫn với nhau. Hơn nữa, vài quá trình có một mức độ phi tuyến nào đấy khiến các thông số làm việc tốt ở điều kiện đầy tải sẽ không làm việc khi quá trình khởi động từ không tải; điều này có thể khắc phục bằng chương trình độ lợi (sử dụng các thông số khác nhau cho những khu vực hoạt động khác nhau). Các bộ điều khiển PID thường cung cấp các điều khiển có thể chấp nhận được thậm chí không cần điều chỉnh, nhưng kết quả nói chung có thể được cải thiện bằng cách điều chỉnh kỹ lưỡng, và kết quả có thể không chấp nhận được nếu điều chỉnh kém.

Điều chỉnh PID là một bài toán khó, ngay cả khi chỉ có 3 thông số kỹ thuật và về nguyên tắc là dễ miêu tả, chính bới nó phải thỏa mãn nhu cầu những tiêu chuẩn phức tạp nằm trong Những hạn chế của điều khiển PID. Vì vậy có nhiều chiêu thức khác nhau để kiểm soát và điều chỉnh vòng lặp, và những kỹ thuật phức tạp hơn là đề tài cho nhiều ý tưởng sáng tạo ; phần này miêu tả vài giải pháp thủ công truyền thống để kiểm soát và điều chỉnh vòng lặp .

Độ không thay đổi[sửa|sửa mã nguồn]

Nếu những thông số kỹ thuật của bộ điều khiển PID ( độ lợi của khâu tỉ lệ, tích phân và vi phân ) được chọn sai, nguồn vào quy trình điều khiển hoàn toàn có thể mất không thay đổi, vì những độc lạ đầu ra của nó, có hoặc không có xê dịch, và được số lượng giới hạn chỉ bởi sự bảo hòa hoặc đứt gãy cơ khí. Sự không không thay đổi được gây ra bởi sự dư thừa độ lợi, nhất là khi Open độ trễ lớn .Nói chung, độ không thay đổi của phân phối ( ngược với độ bất định ) phải thỏa mãn nhu cầu và quy trình phải không được giao động vì bất kể sự tích hợp nào giữa những điều khiện quy trình và điểm đặt, mặc dầu đôi lúc ổn định biên hoàn toàn có thể được gật đầu hoặc nhu yếu .

Tối ưu hóa hành vi[sửa|sửa mã nguồn]

Tối ưu hóa hành vi trong biến hóa quy trình hoặc biến hóa điểm đặt khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng .

Hai yêu cầu cơ bản là ổn định (triệt tiêu nhiễu-ổn định tại một điểm đặt cho trước) và tự hiệu chỉnh lệnh (thực hiện các thay đổi điểm đặt)-hai yêu cầu đó tùy thuộc vào việc các biến điều khiển theo dõi giá trị mong muốn có tốt hay không. Các tiêu chuẩn đặc biệt về tự hiệu chỉnh lệnh bào gồm thời gian khởi động và thời gian xác lập. Một vài quá trình phải ngăn không cho phép các biến quá trình vọt lố quá điểm đặt nếu, thí dụ, điều này có thể mất an toàn. Các quá trình khác phải tối thiểu hóa năng lượng tiêu hao khi tiến tới một điểm đặt mới.

Xem thêm: Đánh giá Tivi Asanzo có tốt không? Có nên mua không?

Tổng quan những chiêu thức[sửa|sửa mã nguồn]

Có nhiều chiêu thức khác nhau để kiểm soát và điều chỉnh vòng lặp PID. Những giải pháp hữu hiệu nhất thường gồm có những tiến hành của vài dạng quy mô giải quyết và xử lý, sau đó chọn P, I, và D dựa trên những thông số kỹ thuật của quy mô động học. Các giải pháp kiểm soát và điều chỉnh thủ công bằng tay tương đối không hiệu suất cao lắm, đặc biệt quan trọng nếu vòng lặp có thời hạn cung ứng được tính bằng phút hoặc lâu hơn .Lựa chọn giải pháp thích hợp sẽ phụ thuộc vào hầu hết vào việc có hay không vòng lặp hoàn toàn có thể kiểm soát và điều chỉnh ” offline “, và cung ứng thời hạn của mạng lưới hệ thống. Nếu mạng lưới hệ thống hoàn toàn có thể thực thi offline, chiêu thức kiểm soát và điều chỉnh tốt nhất thường gồm có bắt mạng lưới hệ thống đổi khác nguồn vào từng bước, tín hiệu đo lường và thống kê đầu ra là một hàm thời hạn, sử dụng phân phối này để xác lập những thông số kỹ thuật điều khiển .

Lựa chọn phương pháp điều chỉnh

Phương pháp

Ưu điểm

Khuyết điểm

Điều chỉnh thủ công

Không cần hiểu biết về toán. Phương pháp online.

Yêu cầu nhân viên có kinh nghiệm.

Ziegler–Nichols

Phương pháp chứng minh. Phương pháp online.

làm rối loạn quá trình, một số thử nghiệm và lỗi, phải điều chỉnh nhiều lần

Các công cụ phần mềm

Điều chỉnh chắc chắn. Phương pháp online hoặc offline. Có thể bao gồm phân tích các van và cảm biến. Cho phép mô phỏng trước khi tải xuống để thực thi.

Giá cả cao, và phải huấn luyện.

Cohen-Coon

xử lý các mô hình tốt.

Yêu cầu kiến thức toán học. Phương pháp offline. Chỉ tốt đối với các quá trình bậc một.

Điều chỉnh thủ công bằng tay[sửa|sửa mã nguồn]

Nếu hệ thống phải duy trì trạng thái online, một phương pháp điều chỉnh là thiết đặt giá trị đầu tiên của

{\displaystyle K_{i}}

và

{\displaystyle K_{d}}

bằng không. Tăng dần

{\displaystyle K_{p}}

cho đến khi đầu ra của vòng điều khiển dao động, sau đó

{\displaystyle K_{p}}

có thể được đặt tới xấp xỉ một nửa giá trị đó để đạp đạt được đáp ứng “1/4 giá trị suy giảm biên độ”. Sau đó tăng

{\displaystyle K_{i}}

đến giá trị phù hợp sao cho đủ thời gian xử lý. Tuy nhiên,

{\displaystyle K_{i}}

quá lớn sẽ gây mất ổn định. Cuối cùng, tăng

{\displaystyle K_{d}}

, nếu cần thiết, cho đến khi vòng điều khiển nhanh có thể chấp nhận được nhanh chóng lấy lại được giá trị đặt sau khi bị nhiễu. Tuy nhiên,

{\displaystyle K_{d}}

quá lớn sẽ gây đáp ứng dư và vọt lố.Một điều chỉnh cấp tốc của vòng điều khiển PID thường hơi quá lố một ít khi tiến tới điểm đặt nhanh chóng; tuy nhiên, vài hệ thống không chấp nhận xảy ra vọt lố, trong trường hợp đó, ta cần một hệ thống vòng kín giảm lố, thiết đặt một giá trị

{\displaystyle K_{p}}

nhỏ hơn một nửa giá trị

{\displaystyle K_{p}}

gây ra dao động.

Tác động của việc tăng một thông số độc lập

Thông số

Thời gian khởi động

Quá độ

Thời gian xác lập

Sai số ổn định

Độ ổn định[3]
$K p { \ displaystyle K_ { p } }$
Giảm

Tăng

Thay đổi nhỏ

Giảm

Giảm cấp

$K i { \ displaystyle K_ { i } }$
Giảm[4]

Tăng

Giảm đáng kể

Giảm cấp

$K d { \ displaystyle K_ { d } }$
Giảm ít

Giảm ít

Về lý thuyết không tác động

Cải thiện nếu $K d { \ displaystyle K_ { d } }$

Một phương pháp điều chỉnh theo kinh nghiệm khác là phương pháp Ziegler–Nichols, được đưa ra bởi John G. Ziegler và Nathaniel B. Nichols vào những năm 1940. Giống phương pháp trên, độ lợi

{\displaystyle K_{i}}

và

{\displaystyle K_{d}}

lúc đầu được gán bằng không. Độ lợi P được tăng cho đến khi nó tiến tới độ lợi tới hạn,

{\displaystyle K_{u}}

$K_{u}$ , ở đầu ra của vòng điều khiển bắt đầu dao động.

{\displaystyle K_{u}}

và thời gian dao động

{\displaystyle P_{u}}

$P_{u}$ được dùng để gán độ lợi như sau:

Phương pháp Ziegler–Nichols

Dạng điều khiển

$K p { \ displaystyle K_ { p } }$
$K i { \ displaystyle K_ { i } }$
$K d { \ displaystyle K_ { d } }$
P
$0.50{K_{u}}$
–

–

PI
$0.45{K_{u}}$
$1.2{K_{p}}/P_{u}$
–

PID
$0.60{K_{u}}$
$2{K_{p}}/P_{u}$
${K_{p}}{P_{u}}/8$

Phần mềm kiểm soát và điều chỉnh PID[sửa|sửa mã nguồn]

Hầu hết những ứng dụng công nghiệp văn minh không còn kiểm soát và điều chỉnh vòng điều khiển sử dụng những chiêu thức giám sát bằng tay thủ công như trên nữa. Thay vào đó, ứng dụng kiểm soát và điều chỉnh PID và tối ưu hóa vòng lặp được dùng để đảm báo tác dụng chắc như đinh. Những gói ứng dụng này sẽ tập hợp tài liệu, tăng trưởng những quy mô giải quyết và xử lý, và yêu cầu giải pháp kiểm soát và điều chỉnh tối ưu. Vài gói ứng dụng thậm chí còn còn hoàn toàn có thể tăng trưởng việc kiểm soát và điều chỉnh bằng cách thu thập dữ liệu từ những đổi khác tìm hiểu thêm .Điều chỉnh PID bằng toán học tạo ra một xung trong mạng lưới hệ thống, và sau đó sử dụng cung ứng tần số của mạng lưới hệ thống điều khiển để phong cách thiết kế những giá trị của vòng điều khiển PID. Trong những vòng lặp có thời hạn phân phối lê dài nhiều phút, nên chọn kiểm soát và điều chỉnh bằng toán học, chính do việc thử sai thực tiễn hoàn toàn có thể lê dài nhiều ngày để tìm điểm không thay đổi cho vòng lặp. Giá trị tối ưu thì khó tìm hơn. Vài bộ điều khiển số còn có công dụng tự kiểm soát và điều chỉnh, trong đó những biến hóa rất nhỏ của điểm đặt cũng được gửi tới quy trình, được cho phép bộ điều khiển tự mình đo lường và thống kê giá trị kiểm soát và điều chỉnh tối ưu .Các dạng kiểm soát và điều chỉnh khác cũng được dùng tùy theo tiêu chuẩn nhìn nhận tác dụng khác nhau. Nhiều ý tưởng lúc bấy giờ đã được nhúng sẵn vào trong những module ứng dụng và phần cứng để kiểm soát và điều chỉnh PID .

Các nâng cấp cải tiến so với thuật toán PID[sửa|sửa mã nguồn]

Thuật toán PID cơ bản Open vài thử thách trong những ứng dụng điều khiển, và được khắc phục bởi những nâng cấp cải tiến nhỏ trong biểu thức của PID .

Tích phân khởi động

Một yếu tố phổ cập của bộ PID lý tưởng là Tích phân khởi động, nơi xảy ra đổi khác điểm đặt lớn ( tức là biến hóa dương ) và khâu tích phân tích lũy một sai số đáng kể lúc tăng ( khởi động ), thế cho nên làm vọt lố và duy trì liên tục việc tăng sai số tích góp bị gián đoạn. Có thể khắc phục điều này bằng cách :

Thiết đặt giá trị tích phân ban đầu cho bộ điều khiển tới giá trị mong muốn
Tăng điểm đặt với độ dốc thích hợp
Không cho phép chức năng tích phân cho đến khi PV đi vào vùng điều khiển được
Giới hạn khoảng thời gian vượt quá sai số tích phân được tính toán
Ngăn không cho khâu tích phân tích lũy trên hoặc dưới biên xác định trước

‘Đóng băng’ chức năng tích phân trong trường hợp bị nhiễu: nếu một vòng PID được sử dụng để điều khiển nhiệt độ của một lò nung điện trở, hệ thống đã ổn định và sau đó cửa lò mở và nhiệt độ thấp luồn vào lò nung làm cho nhiệt độ rơi xuống dưới điểm đặt. Chức năng tích phân của bộ điều khiển có xu hướng bù sai số này bằng cách đưa ra một sai số khác theo hướng dương. Điều này có thể tránh được bằng cách ‘đóng băng’ chức năng tích phân sau khi mở cửa lò để đủ thời gian cho vòng điều khiển nung lại lò nung.

Thay chức năng tích phân bằng một phần dựa trên mô hình: Thường thời gian đáp ứng của hệ thống được biết trước. Do đó rất tiện lợi để mô phỏng thời gian đáp ứng này với một mô hình và tính toán vài thông số chưa biết từ đáp ứng thực của hệ thống. Nếu giả sử hệ thống là một lò nung điện thì đáp ứng của hiệu số giữa nhiệt độ lò và nhiệt độ môi trường để thay đổi lượng điện năng sẽ tương tự với một bộ lọc thông thấp RC đơn giản được nhân bởi một hệ số tỉ lệ chưa biết. Điện năng thực tế cung cấp cho lò nung được làm trễ bởi một bộ lọc thông thấp để mô phỏng đáp ứng của nhiệt độ lò nung và sau đó lấy nhiệt độ thực trừ đi nhiệt độ môi trường rồi chia cho thành phần điện năng thông thấp này. Sau đó, kết quả trên sẽ được ổn định bởi một bộ lọc thông thấp khác dẫn đến việc tìm ra hệ số tỉ lệ. Với việc tính toán này, ta có thể tính toán lượng điện yêu cầu bời cách chi điểm đặt nhiệt đọ trừ đi nhiệt độ môi trường bởi hệ số này. Kết quả này sau đó có thể được dùng để thay thế chức năng tích phân. Điều này còn có thể đạt được một sai số điều khiển bằng ‘0’ trong chế độ xác lập, bằng cách tránh tích phân khởi động và có thể cải tiến đáng kể tác động điều khiển so với một bộ điều khiển PID tối ưu. Bộ điều khiển dạng này làm việc rất chính xác trong trường hợp vòng hở, tạo ra tích phân khởi động với một hàm tích phân. Đây là một ưu điểm, nếu thí dụ, nhiệt cấp cho lò nung bị giảm một lúc vì hư hỏng trong bộ nung, hoặc nếu bộ điều khiển được dùng như một hệ thống tham vấn cho nhân viên điều khiển, và người này không thể đưa nó về làm việc trong vòng kín. Cũng sẽ rất hiệu quả nếu bộ điều khiển nằm trong một nhánh của một hệ thống điều khiển phức tạp mà có thể tạm thời không làm việc.

Nhiều vòng điều khiển PID điều khiển một thiết bị cơ khí ( thí dụ như van ). Bảo dưỡng cơ khí hoàn toàn có thể là phí tổn và hao mòn chính làm cho điều khiển kém đi dưới dạng ma sát tĩnh hoặc là dãi chết trong phân phối cơ khí ở tín hiệu nguồn vào. Tốc độ bào mòn cơ khí tùy thuộc phần nhiều vào sự thao tác tiếp tục của thiết bị. Những nơi bào mòn được đặc biệt quan trọng quan tâm, vòng điều khiển PID hoàn toàn có thể có một dãi chết ở đầu ra để giảm tần số hoạt động giải trí của ( van ) đầu ra. Điều này hoàn toàn có thể triển khai được bằng cách biến hóa bộ điều khiển để giữ được độ không thay đổi ở đầu ra nếu đổi khác là nhỏ ( nằm trong khoảng chừng dãi chết xác lập ). Tín hiệu đầu ra giám sát phải vô hiệu dãi chết trước khi đầu ra trong thực tiễn đổi khác .Khâu tỉ lệ và khâu vi phân hoàn toàn có thể tạo ra biến hóa dư thừa ở đầu ra khi một mạng lưới hệ thống bị phụ thuộc vào nấc biến hóa tức thời tăng sai số, như một biến hóa lớn của điểm đặt. Trong trường hợp của khâu vi phân, điều này tùy thuộc vào việc đạo hàm sai số, đạo hàm này sẽ rất lớn nếu nấc đổi khác tức thời. Kết quả là, vài giải thuật PID được thêm vào những nâng cấp cải tiến sau :

Đạo hàm đầu ra: Trong trường hợp bộ điều khiển PID đo lường đạo hàm của đại lượng đầu ra, thay vì đạo hàm của sai số. Tín hiệu đầu ra luôn liên tục (vì nó không bao giờ có nấc thay đổi). Để điều này đạt hiệu quả, đạo hàm của đầu ra phải cùng kiểu với đạo hàm sai số.
Dốc hóa điểm đặt: Ở cải tiến này, điểm đặt được tăng dần từ giá trị cũ tới một giá trị dự kiến mới sử dụng một hàm tuyến tính hoặc đạo hàm bậc một của hàm dốc. Để tránh sự gián đoạn xuất hiện trong một thay đổi bậc thang đơn.
Trọng hóa điểm đặt: Trọng hóa điểm đặt sử dụng các số khác nhau để nhân với sai số phụ thuộc vào các yếu tố của bộ điều khiển mà nó được dùng vào. Sai số trong khâu tích phân phải là sai số điều khiển thực để tránh sai số điều khiển ở trạng thái xác lập. Điều này tác động đến đáp ứng điểm đặt của bộ điều khiển. Các thông số này không tác động đến đáp ứng của nhiễu tải và nhiễu đo lường.

kim chỉ nan PID được tăng trưởng bởi việc quan sát hành vi của người lái tàu thủyCác bộ điều khiển PID trong những phong cách thiết kế bộ điều tốc Open từ những năm 1890. [ 1 ] [ 5 ] Các bộ điều khiển PID sau đó được tăng trưởng trong mạng lưới hệ thống lái tàu ( thủy ) tự động hóa. Một trong những ví dụ sớm nhất của bộ điều khiển kiểu PID được tăng trưởng bởi Elmer Sperry năm 1911, [ 6 ] trong khi tác phẩm nghiên cứu và phân tích kim chỉ nan tiên phong về bộ điều khiển PID được kỹ sư người Mỹ gốc Nga Nicolas Minorsky xuất bản, vào năm ( Minorsky 1922 ) Lỗi harv : không có tiềm năng : CITEREFMinorsky1922 ( trợ giúp ). Minorsky đã phong cách thiết kế những mạng lưới hệ thống lái tàu tự động hóa cho Hải quân Mỹ, và dựa trên những nghiên cứu và phân tích của ông khi quan sát người lái tàu, ông nhận thấy rằng người lái tàu điều khiển con tàu không chỉ dựa trên sai số hiện tại, mà còn dựa vào sai số quá khứ và vận tốc biến hóa hiện tại ; [ 7 ] điều này sau đó đã được ông toán học hóa. Hải quân Mỹ sau cuối đã không đồng ý mạng lưới hệ thống, do sự phản đối từ nhân viên cấp dưới. Nghiên cứu tựa như được thực thi và xuất bản bởi nhiều người khác vào thập niên 1930 .Những bộ điều khiển tiên phong là khí nén, thủy lực, hoặc cơ khí, những mạng lưới hệ thống điện tăng trưởng sau Chiến tranh Thế giới thứ II .

Công trình của Minorsky[sửa|sửa mã nguồn]

Về chi tiết,công trình của Minorsky xử lý các vấn đề sau.[8] Mục đích của ông là độ ổn định, không phải điều khiển tổng quát, giúp đơn giản hóa đáng kể vấn để. Trong khi điều khiển tỉ lệ cung cấp độ ổn định chống lại các biến động nhỏ, nó không đủ để giải quyết nhiễu lớn, đặc biệt là do gió mạnh (gây ra bởi droop), nên yêu cầu phải thêm khâu tích phân. Cuối cùng, khâu vi phân được thêm vào để cải thiện điều khiển. Các thử nghiệm đã được tiến hành trên tàu USS New Mexico, với bộ điều khiển điều chỉnh vận tốc gốc (không phải gốc) của bánh lái. Điều khiển PI tạo ra độ lệch liên tục (sai số góc) trong khoảng ±2°, trong khi thêm D tạo ra độ nghiêng trong khoảng ±1/6°, tốt hơn hầu hết người lái tàu có thể làm.

Các hạn chế của điều khiển PID[sửa|sửa mã nguồn]

Trong khi các bộ điều khiển PID có thể được dùng cho nhiều bài toán điều khiển, và thường đạt kết quả như ý mà không cần bất kỳ cải tiến hay thậm chí điều chỉnh nào, chúng có thể rất yếu trong vài ứng dụng, và thường không cho ta điều khiển tối ưu. Khó khăn cơ bản của điều khiển PID là nó là một hệ thống phản hồi, với các thông số không đổi, và không có tin tức trực tiếp về quá trình, và do đó tất cả kết quả là phản ứng và thỏa hiệp – trong khi điều khiển PID là bộ điều khiển tốt nhất mà không cần mô hình điều khiển,[1] kết quả tốt hơn có thể đạt được bằng cách kết hợp với một mô hình điều khiển.

Cải tiến quan trọng nhất là tích hợp điều khiển nuôi-tiến với kiến thức và kỹ năng về mạng lưới hệ thống, và sử dụng PID chỉ để điều khiển sai số. Thay vào đó, PID hoàn toàn có thể được nâng cấp cải tiến bằng nhiều cách, như biến hóa những thông số kỹ thuật ( hoặc là lập chương trình độ lợi trong nhiều trường hợp sử dụng khác nhau hoặc nâng cấp cải tiến thích nghi chúng dựa trên hiệu quả ), nâng cấp cải tiến thống kê giám sát ( vận tốc lấy mẫu cao hơn, và đúng mực, và lọc thông thấp nếu thiết yếu ) hoặc nối tầng nhiều bộ điều khiển PID với nhau .

Các bộ điều khiển PID, khi sử dụng độc lập, có thể cho kết quả xấu khi độ lợi vòng PID buộc phải giảm vì thế hệ điều khiển không xảy ra vọt lố, dao động hoặc rung quanh giá trị điểm đặt điều khiển. Chúng cũng khó khăn khi xuất hiện phi tuyến, có thể cân bằng sự điều tiết chống lại đáp ứng thời gian, không phản ứng lại việc thay đổi hành vi điều khiển (do đó, quá trình thay đổi sau khi nó được hâm nóng), và bị trễ trong đáp ứng với các nhiễu lớn.

Một yếu tố khác xảy ra so với những bộ điều khiển PID đó là chúng tuyến tính, và đối xứng từng phần. Do đó, hiệu quả của những bộ điều khiển PID trong những hệ phi tuyến ( như hệ điều khiển HVAC ) thì khác nhau. Thí dụ, trong điều khiển nhiệt độ, một trường hợp sử dụng phổ cập là nung nóng dữ thế chủ động ( qua một bộ nung ) nhưng làm lạnh bị động ( ngưng làm nóng, nhưng không làm lạnh ) thế cho nên chỉ hoàn toàn có thể loại trừ quá độ một cách lờ đờ – không hề ép xuống cưỡng bức. Trong trường hợp này bộ điều khiển PID hoàn toàn có thể được chuyển sang giảm lố, để ngăn cản hoặc giảm sự vọt lố, mặc dầu điều này làm giảm hiệu suất ( nó tăng thời hạn xác lập ) ..

Nhiễu trong khâu vi phân[sửa|sửa mã nguồn]

Một vấn đề với khâu Vi phân là một lượng nhỏ đại lượng đo lường hoặc xử lý nhiễu có thể gây ra các thay đổi lớn ở đầu ra. Thường sẽ rất cần thiết khi lọc các đại lượng đo lường với một bộ lọc thông thấp để loại trừ các thành phần nhiễu sóng hài bậc cao. Tuy nhiên, lọc thông thấp và điều khiển vi phân có thể loại trừ lẫn nhau, vì vậy giảm nhiễu bằng các linh kiện là lựa chọn tốt hơn. Như vậy, một bộ lọc trung vị phi tuyến có thể được sử dụng, sẽ giúp cải tiến hiệu suất lọc và kết quả thực tế [9]. Trong vài trường hợp, dãi vi phân có thể bị ‘tắt’ trong nhiều hệ thống với một chút suy giảm điều khiển. Khi đó bộ điều khiển PID sẽ giống như một bộ điều khiển PI.

Các nâng cấp cải tiến[sửa|sửa mã nguồn]

Kết quả của hệ điều khiển có thể được cải thiện bằng cách liên kết điều khiển phản hồi (hay vòng kín) của một bộ điều khiển PID với điều khiển nuôi tiến (hay vòng hở). Thông tin về hệ thống (như gia tốc và quán tín mong muốn) có thể được cung cấp về phía trước và liên kết với đầu ra PID để cải thiện toàn bộ kết quả hệ thống. Giá trị nuôi tiến một mình có thể thường cung cấp phần chính trong đầu ra bộ điều khiển. Bộ điều khiển PID có thể được sử dụng chính cho bất kỳ hiệu số hoặc sai số duy trì nào giữa điểm đặt (SP) và giá trị thực của biến quá trình (PV). Do đầu ra nuôi tiến không bị tác động bởi tín hiệu phản hồi của quá trình, nó có thể không bao giờ làm cho hệ điều khiển dao động, do đó cải thiện đáp ứng và độ ổn định của hệ thống.

Lấy thí dụ, trong hầu hết mạng lưới hệ thống điều khiển hoạt động, để tăng cường một tải cơ khí được điều khiển, cần phải tăng thêm lực hoặc momen từ nguồn động lực chính, động cơ, hay bộ truyền động. Nếu một bộ điều khiển PID điều khiển tốc độ được sử dụng để điều khiển vận tốc của tải và điều khiển lực và momen trong nguồn động lực chính, thì nó cũng có lợi khi điều khiển tần suất tức thời theo mong ước theo tải, tỉ lệ, theo giá trị thích hợp và cộng nó với đầu ra của bộ điều khiển PID vận tốc. Có nghĩa là bất kể khi nào tải được tăng cường hoặc giảm tốc, một lực tương ứng được nhu yếu từ nguồn động lực chính mà không chăm sóc đến giá trị phản hồi. Vòng điều khiển PID trong trường hợp này sử dụng thông tin phản hồi để ảnh hưởng tác động tăng hay giảm hỗn hợp đầu ra để giảm hiệu số còn lại giữa điểu đặt quy trình và giá trị phản hồi. Cùng với nhau, bộ điều khiển nuôi tiến vòng hở và bộ điều khiển PID vòng kín hoàn toàn có thể tạo ra một mạng lưới hệ thống điều khiển nhạy hơn, không thay đổi hơn và đáng tin cậy hơn .

Các nâng cấp cải tiến khác[sửa|sửa mã nguồn]

Bên cạnh nuôi tiến, bộ điều khiển PID còn được tăng cường bằng những chiêu thức khác như lập chương trình chỉnh độ lợi PID ( biến hóa những thông số kỹ thuật trong những điều kiện kèm theo thao tác khác nhau ), logic mờ hoặc logic động từ máy tính hóa [ 10 ] [ 11 ]. Các mẫu sản phẩm ứng dụng trong thực tiễn khác hoàn toàn có thể được tăng trưởng lên bằng cách liên kết những thiết bị với bộ điều khiển. Một vận tốc lấy mẫu đủ cao, việc đo lường và thống kê đúng chuẩn, là những nhu yếu cần có để đạt được hiệu quả điều khiển như mong muốn .

Điều khiển ghép tầng[sửa|sửa mã nguồn]

Một ưu điểm đặc trưng của các bộ điều khiển PID là hai bộ điều khiển PID có thể được sử dụng cùng nhau để đạt được kết quả động học tốt hơn. Đây được gọi là điều khiển PID ghép tầng. Trong điều khiển ghép tầng, có hai bộ PID được sắp xếp với một bộ PID điều khiển điểm đặt của bộ kia. Một bộ điều khiển làm việc như bộ điều khiển vòng ngoài, nó sẽ điều khiển các thông số vật lý chính, như mức chất lỏng hoặc vận tốc. Bộ điều khiển kia lầm việc như bộ điều khiển vòng trong, nó sẽ đọc đầu ra của bộ điều khiển vòng ngoài như là điểm đặt, thường các thông số điều khiển,tốc độ chảy hoặc gia tốc thay đổi nhanh hơn. Ta có thể chứng minh bằng toán học[cần dẫn nguồn] rằng tần số làm việc của bộ điều khiển được tăng và hằng số thời gian của đối tượng được giảm bởi việc sử dụng bộ điều khiển PID ghép tầng.[mơ hồ].

Thực thi vật lý của điều khiển PID[sửa|sửa mã nguồn]

Thời kỳ đầu của điểu khiển quy trình tự động hóa bộ điều khiển PID đã được thực thi bởi một thiết bị cơ khí. Các bộ điều khiển cơ khí này sử dụng một đòn kích bẩy, lò xo và một khối chất và thường được kích thích bằng khí nén. Những bộ điều khiển bằng khí này đã từng là tiêu chuẩn trong công nghiệp .Các bộ điều khiển điện tử tựa như hoàn toàn có thể được làm từ một bộ khuếch đại dùng ống chân không hoặc từ transistor bán dẫn, một tụ điện và một điện trở. Các vòng điều khiển PID điện tử tựa như thường được tìm thấy bên trong những mạng lưới hệ thống điện tử phức tạp hơn, thí dụ, việc xác định đầu từ của một ổ dĩa, việc điều hòa hiệu suất của một bộ nguồn, hoặc thậm chí còn trong mạch phát hiện hoạt động của một máy đo địa chấn văn minh. Ngày nay, những bộ điều khiển điện tử phần nhiều được thay thế sửa chữa phần đông bởi những bộ điều khiển kỹ thuật số thực thi với những bộ vi điều khiển hay FPGA .Các bộ điều khiển PID văn minh nhất trong công nghiệp được thực thi trong những bộ điều khiển logic khả lập trình ( PLC ) hoặc một bộ điều khiển kỹ thuật số được gắn cố định và thắt chặt trên một bảng. Các ứng dụng thực thi có ưu điểm là chúng tương đối rẻ và khá linh động với phân phối thực thi của thuật toán PID .Điện áp đổi khác hoàn toàn có thể được vận dụng bởi dạng phân phối thời giam của điều rộng xung ( Pulse Width modulation-PWM ) – một chu kỳ luân hồi thời hạn cố định và thắt chặt, và những đổi khác đạt được bằng cách kiểm tra phân phối thời hạn trong suốt chu kỳ luân hồi này khi đầu ra bộ điều khiển + 1 ( hay – 1 ) thay vì 0. Trong một mạng lưới hệ thống kỹ thuật số những phân bổ hoàn toàn có thể là rời rạc – thí dụ tăng 0.1 giây trong vòng một chu kỳ luân hồi 2 giây để đạt 20 bước : tỉ lệ tăng là 5 % – thế cho nên có một sai số rời rạc hóa, để có độ phân giải thời hạn đủ cao để đạt được tác dụng mong ước .

Ký hiệu thay thế sửa chữa và những dạng PID[sửa|sửa mã nguồn]

Dạng PID lý tưởng và tiêu chuẩn[sửa|sửa mã nguồn]

Bộ điều khiển PID là bộ điều khiển xuất hiện nhiều nhất trong công nghiệp, và bộ điều khiển thích hợp nhất để điều chỉnh thuật toán là dạng chuẩn. Trong dạng này, độ lợi

{\displaystyle K_{p}}

được dùng trong khâu

o
u
t

{\displaystyle I_{\mathrm {out} }}

, và

o
u
t

{\displaystyle D_{\mathrm {out} }}

,đạt được::

\mathrm {MV(t)} =K_{p}\left(\,{e(t)}+{\frac {1}{T_{i}}}\int _{0}^{t}{e(\tau )}\,{d\tau }+T_{d}{\frac {d}{dt}}e(t)\right)

trong đó

T_{i}

thời gian tích phân

T_{d}

thời gian vi phân

Trong dạng song song lý tưởng, được trình diễn trong phần triết lý bộ điều khiển

\mathrm {MV(t)} =K_{p}{e(t)}+K_{i}\int _{0}^{t}{e(\tau )}\,{d\tau }+K_{d}{\frac {d}{dt}}e(t)

các thông số độ lợi được liên kết tới dạng chuẩn thông qua

{\displaystyle K_{i}={\frac {K_{p}}{T_{i}}}}

$K_{i}={\frac {K_{p}}{T_{i}}}$ và

{\displaystyle K_{d}=K_{p}T_{d}\,}

$K_{d}=K_{p}T_{d}\,$ . Dạng song song này, trong đó các thông số được xử lý như là các độ lợi đơn giản, là dạng tổng quá và linh hoạt nhất. Tuy nhiên, nó cũng là dạng mà các thông số có sự liên quan vật lý ít nhất và thường được dành riêng cho việc khảo sát lý thuyết của bộ điều khiển PID. Dạng chuẩn, mặc dù phức tạp hơn về mặt toán học, nhưng lại phổ biến hơn trong công nghiệp.

Dạng Laplace của bộ điều khiển PID[sửa|sửa mã nguồn]

Đôi khi cách viết điều khiển PID dưới dạng biến hóa Laplace lại rất thuận tiện :

G(s)=K_{p}+{\frac {K_{i}}{s}}+K_{d}{s}={\frac {K_{d}{s^{2}}+K_{p}{s}+K_{i}}{s}}

Ta vừa có bộ điều khiển PID được viết dưới dạng Laplace và hàm truyền của hệ điều khiển khiến cho việc xác lập hàm truyền vòng kín mạng lưới hệ thống một cách thuận tiện .

Dạng tiếp nối đuôi nhau / tương hỗ[sửa|sửa mã nguồn]

Một dạng biểu diễn khác của bộ điều khiển PID là dạng nối tiếp, hay dạng tương hỗ

G(s)=K_{c}{\frac {(\tau _{i}{s}+1)}{\tau _{i}{s}}}(\tau _{d}{s}+1)

trong đó những thông số kỹ thuật quan hệ với những thông số kỹ thuật của dạng chuẩn qua

K_{p}=K_{c}\cdot \alpha

T_{i}=\tau _{i}\cdot \alpha

T_{d}={\frac {\tau _{d}}{\alpha }}

với

\alpha =1+{\frac {\tau _{d}}{\tau _{i}}}

Dạng này về cơ bản gồm có bộ điều khiển PD và PI ghép tiếp nối đuôi nhau với nhau, và nó giúp cho những bộ điều khiển đời đầu ( analog ) thuận tiện kiến thiết xây dựng hơn. Khi những bộ điều khiển đời sau được số hóa, nhiều thừa kế sau đó sử dụng dạng tương hỗ .

Thực hiện rời rạc hóa[sửa|sửa mã nguồn]

Các phân tích về thiết kế một bộ điều khiển PID kỹ thuật số trên một Vi điều khiển (MCU) hoặc thiết bị FPGA yêu cầu dạng chuẩn của bộ điều khiển PID phải được rời rạc hóa [12]. Vi phân bậc một được xác định bằng sai phân hữu hạn lùi. Khâu tích phân được rời rạc hóa, với thời gian lấy mẫu

Δ
t

{\displaystyle \Delta t}

$\Delta t$ ,như sau,

\int _{0}^{t_{k}}{e(\tau )}\,{d\tau }=\sum _{i=1}^{k}e(t_{i})\Delta t

Khâu vi phân được xác lập bởi ,

{\dfrac {de(t_{k})}{dt}}={\dfrac {e(t_{k})-e(t_{k-1})}{\Delta t}}

Do đó, một giải thuật vận tốc cho việc thực thi bộ điều khiển PID rời rạc trên một MCU đạt được bằng cách đạo hàm

u
(
t
)

{\displaystyle u(t)}

, sử dụng các số xác định từ đạo hàm bậc một và đạo hàm bậc hai, tìm ra

u
(

)

{\displaystyle u(t_{k})}

$u(t_{k})$ cuối cùng ta được:

u(t_{k})=u(t_{k-1})+K_{p}\left[\left(1+{\dfrac {\Delta t}{T_{i}}}+{\dfrac {T_{d}}{\Delta t}}\right)e(t_{k})+\left(-1-{\dfrac {2T_{d}}{\Delta t}}\right)e(t_{k-1})+{\dfrac {T_{d}}{\Delta t}}e(t_{k-2})\right]

Mã chương trình mẫu[sửa|sửa mã nguồn]

Sau đây là một chương trình vòng lặp đơn thuần triển khai giải thuật PID dưới dạng ‘ lý tưởng, song song ‘ :

previous_error = 0 
integral = 0 
start: 
error = setpoint - actual_position 
integral = integral + (error*dt) 
derivative = (error - previous_error)/dt 
output = (Kp*error) + (Ki*integral) + (Kd*derivative) 

previous_error = error 
wait(dt) 
goto start

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

Sách hướng dẫn về PID[sửa|sửa mã nguồn]

Các đề tài dành riêng và những ứng dụng điều khiển PID[sửa|sửa mã nguồn]

Source: https://baoduongdieuhoa24h.com
Category: Điện Tử