BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

Đề Tài:
Thiết kế mạch điều khiển
PID cho đối tượng bậc 2
Giáo Viên Bộ Môn : Nguyễn Văn Vinh
Nhóm 3 –Lớp TĐH
2

K5
Sinh viên thực hành:
Nguyễn Thanh Hiếu(NT)
Lời nói đầu
Như chúng ta đã biết.Ngày nay, khi mà công nghệ sản xuất linh kiện điện tử được
nâng cao thì những đồ điện tử càng ngày càng thu nhỏ về kích thước điều đó đồng
nghĩa với các vi mạch số càng ngày càng được dùng nhiều và thể hiện tầm quan
trọng của nó .
Môn học Vi mạch số & vi mạch tương tự đã mang đến những kiến thức cơ bản đầu
tiên cho sinh viên chúng em về vi mạch số và những mạch tương tự. đề tài của
chúng em được giao là :”Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc
2”.Qua đề tài này chúng em đã nắm bắt được cách thiết kế cơ bản 1 bộ PID bằng
khuếch đại thuật toán và sử dụng thành thạo phương pháp tổng thời gian của
Kuhn để xác lập tham số cho bộ PID.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn và thầy Nguyễn Văn Vinh đã
trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án này.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng trong quá trình làm đồ án không tránh khỏi
những sai sót trong cách trình bày cũng như phần thể hiện đồ án của mình.Mong
các thầy,cô và các bạn góp ý và bổ sung thêm để đồ án của em có thể hoàn thiện
hơn nữa.

________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
__________
Phần I: Tìm hiểu chung
A, Mạch khuếch đại thuật toán(KĐTT)
Hiện nay các bộ khuếch đại thuật toán(KĐTT)
đóng vai trò quan trọng và được ứng dụng rộng rãi
trong kĩ thuật khuếch đại, tính toán , điều khiển, tạo
hàm,tạo tín hiệu hình sine và xung, sử dụng ổn áp và
các bộ lọc tích cực…Trong kỹ thuật mạch tương tự,
các mạch tính toán và điều khiển được xây dựng chủ
yếu dựa trên bộ khuếch đại thuật toán.
Bộ khuếch đại thuật toán (KĐTT) và các bộ
khuếch đại thông thường khác nhau có đặc tính tương
tự. Cả hai loại đều dùng để khuếch đại điện áp, dòng
điện và công suất.Tính ưu việt của bộ khuếch đại thuật
toán là , tác dụng của mạch điện có bộ KĐTT có thể

+…+
inn
n
V
R
+
out
N
V
R
=0
v
out
=

-
1 2
1 1 1

N N N
in in inn
R R R
v v v
R R R
 
+ + +
 ÷
 
2 Mạch khuếch đại đảo với trở kháng vào
lớn

v
=R
1

nhỏ. Có thể khắc phục nhược điểm đó bằng cách chọn
R
1
=R
n
lớn. Do đó K’ chỉ còn phụ thuộc vào
Có thể tăng chỉ số này tùy ý mà không ảnh hưởng tới
trở kháng vào Z
v
=R
1
=R
n
của mạch. Với cấu tạo như
vậy có thể tăng thêm số đầu vào để thực hiện các
mạch cộng hoặc mạch trừ có trở kháng vào lớn.
3 Mạch trừ
4 Mạch trừ với trở kháng vào lớn
Hệ số của V
in2
luôn lớn hơn hệ số của V
in1
=> mạch không
tạo được điện áp ra có dạng: K(V
in2
- V

P
, R
1
C
N
= R
2
C
P
=RC
9 Mạch vi phân
K’ tăng theo tần số và đồ thị bode có độ dốc 20dB/
decade.
Vậy : Mạch được gọi là mạch vi phân trong một phạm
vi tần số nào đó nếu trong phạm vi tần số đó đặc tuyến
biên-tần của nó tăng với độ dốc 20dB / decade.
10 Mạch PI
Hình 10a Sơ đồ mạch PI
Mạch thường sử dụng trong các mạch điều khiển .
Mạch có điện áp ra được biểu diễn theo dạng:
Áp dụng phương trình cân bằng dòng tại N:
Mặt khác:
Thay (1) vào (2):
 Đặc tuyến biên tần:
Suy ra đặc tuyến biên độ tần số có độ dốc
20dB/decade
Sơ đồ làm việc như 1 mạch tích phân
Mạch mang
tính chất khuếch đại nhiều hơn. Khu vực trung gian là
khu vực chuyển tiếp

Từ phương trình dòng điện nút tại N:
Và phương trình điện áp ra trên nhánh ra:
Thay (1) vào (2):
Suy ra
3.Đặc tính bộ điều khiển P,I,D:
-Thành phần tỉ lệ (Kp) có tác dụng làm tăng tốc độ
đáp ứng của hệ, và làm giảm, chứ không triệt tiêu sai
số xác lập của hệ (steady-state error)
-Thành phần tích phân (Ki) có tác dụng triệt tiêu sai số
xác lập nhưng có thể làm giảm tốc độ đáp ứng của hệ.
-Thành phần vi phân (Kd) làm tăng độ ổn định hệ
thống, giảm độ vọt lố và cải thiện tốc độ đáp ứng của
hệ.
Ảnh hưởng của các thành phần Kp, Ki, Kd đối với
hệ kín được tóm tắt trong bảng sau:
Đáp ứng
vòng kín
Thời gian
lên
Vọt lố
Thời gian
xác lập
Sai số xác
lập
K
P
Giảm Tăng
Thay đổi
nhỏ
Giảm

b)Đối tượng bậc 2
các dạng đối tượng bậc 2 thường gặp:
+)đối tượng bậc 2 không dao động
+)Đối tượng bậc 2 dao động
2 Tính toán các hệ số sử dụng phương pháp
thời gian tổng của Kuln
Thiết kế bộ điều khiển (PID) bằng phương pháp hằng
số thời gian tổng của kuhn.
Phương pháp thời gian tổng của Kuhn được ứng dụng
để thiết kế luật điều khiển cho lớp đối tượng co điểm
không và điểm cực nằm trên trục thực về bên trái trục
ảo.
Đối tượng có mô hình toán học như sau:
Ham truyền :