Điều khiển động cơ DC Servo bằng giải thuật PID, Nghiên cứu khoa học, Khoa Quản trị
Một trong những yếu tố từng làm đau đầu tổ lập trình robot trong những năm qua là robot chạy không không thay đổi, vừa mới lập trình chạy được khi chạy thêm một vòng nữa thì lại bị lỗi, khi Pin đầy robot chạy tốt, pin yếu một chút ít thì lại chạy sai. Việc dừng tại một vị trí đúng chuẩn nào đấy trên sân cũng rất quan trọng, tuy nhiên robot lại khi thì dừng chỗ này, lúc lại dừng dừng chỗ kia .
Sau nhiều nghiên cứu và điều tra một giải pháp đã được tìm ra, đó là bộ điều khiển động cơ dùng giải thuật PID. Kỹ thuật điều khiển PID tuy không phải là một kỹ thuật điều khiển mới, nhưng lại là kỹ thuật phổ cập nhất chuyên dùng để điều khiển những mạng lưới hệ thống trong công nghiệp như mạng lưới hệ thống lò nhiệt, điều khiển vận tốc, vị trí, moment động cơ AC và DC. Một trong những nguyên do bộ điều khiển PID trở nên thông dụng như vậy là vì tính đơn thuần, dễ tiến hành trên những vi giải quyết và xử lý nhỏ với hiệu năng giám sát hạn chế .
Cấu trúc chung của hệ thống vòng kín như sau:
Hình 1: Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển vòng kín
Trong hình vẽ trên :
– Plant: là hệ thống cần được điều khiển
– Controller: Cung cấp tín hiệu điều khiển cho Plant, được thiết kế để điều khiển toàn bộ đáp ứng của hệ thống.
Hàm truyền của bộ điều khiển PID có dạng như sau :
Trong đó :
– KP : Độ lợi khâu tỷ suất
– KI: Độ lợi khâu tích phân
– KD: Độ lợi khâu vi phân
Biến số ( e ) đại diện thay mặt cho sai số giữa giá trị mong ước ( R ) và giá trị ngõ ra ( Y ). Sai số này ( e ) sẽ được đưa đến bộ điều khiển PID, và bộ điều khiển này sẽ giám sát cả vi phân và tích phân của tín hiệu sai số này. Tín hiệu ( u ) sẽ có giá trị như sau :
Tín hiệu ( u ) sẽ được đưa đến đối tượng người tiêu dùng điều khiển và ta sẽ thu được một tín hiệu ( Y ) mới. Tín hiệu này sẽ lại được đưa đến cảm ứng để giám sát ra sai số mới ( e ). Bộ điều khiển lại đo lường và thống kê những giá trị vi phân, tích phân của sai số này. Quá trình cứ thế lặp đi lặp lại .
Đặc tính của bộ điều khiển P., I và D : Bộ điều khiển tỷ suất ( KP ) có tính năng làm giảm thời hạn lên và sẽ làm giảm, nhưng không triệt tiêu, sai số ở trạng thái xác lập ( steady – state error ) .
Bộ điều khiển tích phân ( KI ) sẽ triệt tiêu sai số ở trạng thái xác lập, nhưng lại hoàn toàn có thể làm giảm chất lượng của phân phối quá độ .
Bộ điều khiển vi phân ( KD ) sẽ làm tăng độ không thay đổi của mạng lưới hệ thống, giảm độ vọt lố và tăng chất lượng cung ứng quá độ .
Tác động của mỗi bộ điều khiển KP, KI, KD được trình diễn trong bảng sau :
Thời gian lên
Độ vọt lố
Thời gian
quá độ
Sai số xác lập
KP
Giảm
Tăng
Thay đổi nhỏ
Tăng
KI
Giảm
Tăng
Tăng
Triệt tiêu
KD
Thay đổi nhỏ
Giảm
Giảm
Thay đổi nhỏ
Cần quan tâm rằng trong bộ điều khiển PID, sự những tác động ảnh hưởng này hoàn toàn có thể không đúng chuẩn, vì KP, KI và KD phụ thuộc vào lẫn nhau. Thực ra, biến hóa một trong những thông số kỹ thuật này hoàn toàn có thể làm đổi khác tác động ảnh hưởng của hai thông số kỹ thuật còn lại .
Chỉnh định bộ điều khiển PID bằng chiêu thức Zeigler – Nichols : Ban đầu, đặt tổng thể những độ lợi KP, KI, KD bằng 0. Sau đó tăng KP lên cho đến khi đạt được giá trị độ lợi Ku, là độ lợi mà ở đó ngõ ra của mạng lưới hệ thống khởi đầu xê dịch với biên độ không đổi. Ku và chu kỳ luân hồi xê dịch Tu được dùng để thống kê giám sát những độ lợi KP, KI, KD dựa vào công thức sau .
Bộ điều khiển
KP
KI
KD
P
Ku / 2
–
–
PI
Ku / 2.2
Tu / 1.2
–
PID
Ku / 1.7
Tu / 2
Tu / 8
Driver PID cho động cơ DC :
Hình 2: Sơ đồ khối phần cứng
Trong mạch điều khiển này, vi điều khiển đóng vai trò quan trọng nhất. Nó nhận tín hiệu điều khiển từ main board, tín hiệu hồi tiếp từ động cơ trải qua incremental encoder để đo lường và thống kê ra giá trị PWM thiết yếu xuất ra cho bộ khuếch đại hiệu suất điều khiển động cơ đạt vận tốc / vị trí mong ước. Như đã nói ở trên, PID là thuật toán điều khiển khá đơn thuần, do đó, ta hoàn toàn có thể sử dụng những vi điều khiển từ dòng 8 bit ( 8051, AVR, PIC16, PIC18 ) đến những dòng hạng sang hơn như dòng 16 bit ( dsPIC, PIC24 ) hoặc 32 bit ( ARM, PIC 32 bit, AVR 32 bit ) .
Incremental encoder cũng là bộ phận không hề thiếu trong mạng lưới hệ thống, nó cung ứng thông tin về trạng thái hiện thời của mạng lưới hệ thống cho vi điều khiển. Encoder có độ phân giải càng cao thì cho chất lượng điều khiển càng tốt. Tuy nhiên, encoder có độ phân giải cao thì cũng nhu yếu năng lực giải quyết và xử lý của vi điều khiển cao hơn .
Khối hiệu suất nhằm mục đích phân phối điện áp đúng mực điều khiển động cơ hoạt động giải trí dựa trên việc giải quyết và xử lý, thống kê giám sát của vi điều khiển. Tùy theo hiệu suất của động cơ cần điều khiển mà ta phải thiết khối này cho tương thích .
Source: https://baoduongdieuhoa24h.com
Category: Điện Tử
