Giải thuật điều khiển PID loại mới trong điều khiển nhiệt độ TA Series Autonics

PID là viết tắt của Propotional (tỉ lệ), Integral (tích phân) và Derivative (đạo hàm). Bộ điều khiển sử dụng giải thuật điều khiển PID được dùng phổ biến nhất trong các ứng dụng điều khiển như điều khiển nhiệt độ nếu cần các yếu tố sau như sự chính xác (accurate), nhanh (fast response), ổn định (small overshot).

Quan hệ tuyến tính giúp giải thuật điều khiển PID "nhanh"

F=Kp*e ​

Khi đó:

+ Kp là một hằng số lớn hơn 0 hay còn gọi là hệ số P (Propotional gain), 

+ e là sai số cần điều khiển. Mục tiêu của giải thuật điều khiển là biến e về 0 nhanh nhất 

Ta nhận thấy Kp càng lớn thì tác động nhanh của điều khiển càng lớn. Nhưng do quán tính nên nếu điều khiển càng nhanh càng gây ra tính mất ổn định cho hệ thống kiểm soát (do lực quán tính và lực điều khiển tạo ra cặp đối lực xuất hiện ở hai khoảng thời gian liên tiếp nhau vì vậy sẽ tạo ra dao động có khả năng không kiểm soát được). 

Khi đó ta sẽ sử dụng đạo hàm của e để làm tăng giá trị nhưng lại ngược chiều lực F (vì e đang giảm dần). Thêm thành phần D vào bộ điều khiển P trước đó, giờ ta có bộ điều khiển PID như sau:

F=Kp*e + Kd*(de/dt) ​

Trong đó:

+ (de/dt) là vận tốc thay đổi của sai số e 

 + Kd là một hằng số dương gọi là hệ số D (Derivative gain).

Sự có mặt của thành phần D sẽ làm giảm overshot vật thể điều khiển khi nó tiến gần về vị trí cân bằng, mà lực F gồm 2 thành phần Kp*e > =0 (P) và Kd*(de/dt) <=0 (D). 

Trong một số trường hợp mà D có giá trị lớn hơn P và lực F đổi chiều, yếu tố (ví dụ như nhiệt độ) cần điều khiển của vật thể giảm mạnh ở gần vị trí ổn định.. 

Thành phần I - tích phân trong bộ điều khiển PID

Nhưng nếu D lại quá lớn so với P hoặc chính thành phần P nhỏ quá thì khi tiến gần điểm ổn định, vật thể có thể dừng hẳn, D sẽ bằng 0 (vì sai số e không thay đổi nữa) và lực F = Kp*e. Kp và e lúc này đều nhỏ nên lực F cũng sẽ nhỏ và có thể không thắng được lực ma sát tĩnh. Sai số e trong trường hợp này gọi là steady state error (có thể hiểu là sai số trạng thái tĩnh). 

Để tránh tình trạng steady state error trên, người ta thêm vào PID một thành phần có chức năng “cộng dồn” sai số. Khi tình huống trên xảy ra, cả P và D mất tác dụng, thành phần điều khiển mới sẽ “cộng dồn” sai số theo thời gian và làm tăng lực F. Khi F đủ lớn để thắng ma sát tĩnh và đẩy vật tiến về điểm ổn định. Thành phần “cộng dồn” này chính là I (Integral - tích phân). Tích phân - một đại lượng theo thời gian chính là tổng của đại lượng đó theo thời gian. Bộ điều khiển đến thời điểm này đã đầy đủ là PID: 

F=Kp*e + Kd*(de/dt)+Ki*∫edt ​

Chức năng Auto Tuning trong bộ điều khiển nhiệt độ PID 

Trong các Bộ điều khiển PID công nghiệp ,mà có chức năng Auto-Tuning thì thường có 2 kiểu chính (Xử lý bằng Phần mềm ):

Loại 1:
+ Chia Miền điều khiển thành nhiều vùng nhỏ
+Mỗi vùng nhỏ sẽ cài đặt sẵn 1 bộ thông số PID (Kp ,Ki ,Kd) ,lưu vào bộ nhớ chương trình.
+ Khi các biến đầu vào - giá trị hồi tiếp (như: sai số , đạo hàm sai số ) nằm vào vùng điều khiển nào từ đó lấy giá trị thông số PID (Kp,ki ,Kd ) tương ứng để điều khiển.


Loại 2:
Đó là sự kết hợp giữa bộ điều khiển PID và Fuzzy logic. Được gọi chung là bộ điều khiển PID-Fuzzy (PID-Mờ).


+ Các bảng luật mờ sẽ tính ra giá trị các Thông số Kp ,Ki ,Kd. Còn tùy thuộc vào các giá trị biến ngôn ngữ đầu vào (như: sai số , đạo hàm sai số ....)
+ Sau khi tự dò tìm ra được bộ thông số PID , tín hiệu điều khiển ngõ ra sẽ tuân theo điều khiển PID. Ngoài ra, còn có bộ điều khiển: Adaptive-PID (PID thích nghi)

Hoplongtech.com chuyên phân phối bộ điều khiển nhiệt độ dòng TA Series Autonics giá tốt - chính hãng - bảo hành 12 tháng - giao hàng tận nơi. Mọi thông tin về TA Series Autonics liên hệ hotline 1900.6536 để được tư vấn và hỗ trợ.