Điều khiển vận tốc động cơ DC dùng bộ điều khiển PID. 3
 CơsởLýthuyết

1. ThuậtđiềukhiểnPIDvàviệcrờirạchóanó:

Trongmiềnthờigian,bộđiềukhiểnPIDđượcmôtảbằngmôhìnhvào
ra:
=+ +
∫
0
()
() () ()
t
Pi d
de t
Ut Ket K etdt K
dt

trongđóe(t)làtínhiệungõvào,u(t)làtínhiệungõracủabộđiều
khiển.
Tuynhiên,đốivớiViĐiềukhiểnnóichung,việctínhtoáncácthành
phầnP,I,D‐nóicáchkháclàtínhcác
tíchphânhayđạohàmtrongcông
thứctrênlàkhôngthựchiệnđược.Lýdo:CPUkhôngthểtínhtoán
chínhxáctớimứcΔt=0,nghĩalàkhôngliêntục.
 Dođó,tachỉcóthểtínhtoángầnđúng
bằngcáchtachoΔt=εrất
nhỏnhưnglớnhơn0.

de(t)/dt=lim
Δt‐‐>0{[e(t2)‐e(t1)]/Δt}.DođókhilấygầnđúngΔt=ε>0,
tacó:

de(t)/dt=[e(i+1)‐e(i)]/Δt
,i=0,1,2,3…


Tómlại,tacó:
u(i)=Kp*e+Kd*[e(i+1)‐e(i)]/
Δt+Ki*Σe(i)Δt

Đặt e_delta(i+1)=e(i+1)‐e(i)
 e_sum(i+1)=Σe(i)=e_sum(i)+e(i+1)
 Trongcôngthứctrên,thờigiansamplingtimeΔtlàrấtnhỏ,tabỏ
quaΔt.Saunày,khitìmcáchệsốKd,Kib
ằngthựcnghiệm,KdvàKi
lúcđóđãbaogồmcảΔt.
 Khiđó,côngthứctrênđượcviếtlạinhưsau:

u(i)=Kp*e+Ki*e_sum+Kd*delta_e
  điềukiệnbiên:u(0)=duty>0.

2. Đốitượngđiềukhiển:
ĐốitượngđiềukhiểnlàvậntốcđộngcơDC(đc).Tabiếtvậntốc
độngcơDCphụthuộcdòngđiệnhayđiệnápmàtacấpchonó(dĩ
nhiênphảinằm
trongkhoảngchophépcủađc).Cụthểởđâysử
dụngđc24VDC,dođóđiệnápcấpkhôngđượcquá24V.Tuynhiên,
việccấpápchođctrongmộtkhoảngrộngtừ0đến24Vlàkhókhăn.

16F88.Nócóchứcnăngtạoramộtdãyxungcó%dutyvàtầnsốxácđịnh.
Cácgiátrị%dutyvàtầnsốcủaxunghoàntoàncóthểhiệu
chỉnhbằng
phầnmềm.


 ChânT0CLKIcủaPIC16F88làchânvàocủaxungclockbộđịnhthời
0.Chânnàyđượcnốivớidâytínhiệucủaencoder.Timer0lúcnàycóchức
năngcounterđếm
sốxungpháttừencoder.Timer1sẽđịnhthờitrong1
khoảngthờigian.KhiTimer1tràn,talấygiátrịcủaTimer0.Dựavàogiátrị
duty
Chu kỳ T
Tần số f = 1/T
Điều khiển vận tốc động cơ DC dùng bộ điều khiển PID. 6
này,cóthểtínhđượcvậntốcđcởthờiđiểmnày.Phầntínhtoánxemmục
5.
• DriverđiềukhiểnđclàchipL293củaTexasInstruments.Chip
nàycócácđặc điểmsau:
 Dòngtốiđa1A,
quádòng1.2A.
Điệnáptốiđalà33V.
 Cóthểláicùnglúc2đcDC.Tuynhiên,tachỉsửdụng1cầuHđể
điềukhiển1đc.TachọncầuH1cócácchânngõvàolà
chânenable1/2EN,
chânchọnchiềuquay1A,2A.Cácchânralà1Y,2Y.Chân1/2ENđượcnối
vớichâncấpxungPWMcủaPIC16F88.

1
2
4
3
U15
7406
14 7
1
3
5
9
11
13
2
4
6
8
10
12
U16
PIC16F88
5
14
15
4
16
17
18
1
2

D3
VCC
Dieu
chinh
toc do
mong
muon
VCC
J1
Encoder
1
2
3
VCC_CIRCLE
J2
Nguon
1
2
3
Y1
PWM
R3
100
SW1
Reset
VCC
version2 by

DC Motor controller sche.
B

2Y
3Y
4Y
GND
GND
GND
GND
VCC1
VCC2
VCC_CIRCLE
1/4=Open/Close >PID tu dong./bang
tay.
2/3=Open/Close >quay trai/quay phai.
1=mass
2=fase A
3=5V
D2
C2
VCC
Encoder
feedback
R4
100
He so Kd
PHAN HANG DUY THAI 20202382
R6
100
R2
1K
VCC

chỉnhtùyý.
Trongcảhaichếđộ,vậntốcđượcthiếtlậpthôngquabiến
trở.

4.Sơlượcvềgiảithuậtlậptrình:

Cáckýhiệu:
 Kp,Ki,KdlầnlượtlàcáchệsốKp,Ki,Kd.
 Kp_t, Ki_t, Kd_t lần lượt là các giá trị tìmđược từ thực
nghiệm.
 e2làsailệchhiệntại(tronglúcđang
xét).
 e1làsailệchngaytrướcđó.
 e_sumlàtổngcủatấtcảcácsailệchtừlúcbắtđầuđếnthời
điểmđangxét.
 e_dellàhiệusốcủahaisailệche2
vàe1,haynóicáchkhác,đó
làđộbiếnthiênsailệch.
 V_setlàtốcđộđượcthiếtlậpquabiếntrở.
 V_curlàtốcđộhiệntạiđọcđượctừencoder.
 Dutylàsốph ầntrămduty
cyclecủaxungPWMcầncungcấp.
Banđầu: Dutyphảicómộtgiátrịkhác0,mụcđíchđểđộngcơthắnglựcquán 
tính.
e1=e2=0
e_sum=0
e_del=0

Theođótacólưuđồsau:
Điều khiển vận tốc động cơ DC dùng bộ điều khiển PID.

e1=e2;
duty= duty + Kp*e2 + Ki*e_sum + Kd*e_del;
// Day la he thuc tinh PID roi rac.
Xuất xung PWM với duty tính được
No
Yes
No
Yes
Điều khiển vận tốc động cơ DC dùng bộ điều khiển PID. 10
 5.Mộtsốtínhtoántronglậptrình
a. Đọcvàtínhgiátrịtừbiếntrở:

• ViĐiềukhiểnPIC16F88củaMicrochip™cótấtcả7kênhADC10bit,
nằmtrêncácchânAN0đếnAN6.
• Biếntrởsửdụngtrongmạch
làloạiVolume10KΩ,cácbi ếntrởhạndòng
cótrịsốrấtnhỏ(330Ω)nêncóthểbỏquakhitínhtoán.
• ResolutioncủaADClà10bit=1024.GiátrịADCđọcvàolàtừ0Æ1023
• Vớicác
biếntrởđiềuchỉnhgiátrịKp,Ki,Kd,tagángiátrịtươngứnglà
0Æ100.Nhưvậy,bướcthayđổinhỏnhấtlà100/1024=0.0976.Điềunày
cónghĩalàKx=giátrịđọctừADC
*0.0976.
• Tương tự như vậy, với biến trở thiết lập tốcđộ, ta gán gi á trị tốcđộ
tươngứnglà0Æ300vòng/phút.Bướcthayđổinhỏnhấtlà300/1024=
0.293.Nghĩalà
tốcđộv_set=giátrịđọctừADC*0.293.


11

6.Cáchđiềuchỉnhcáchệsố:

(Phầnnàyđượcthamkhảotrựctiếptừtrangweb />
ĐầutiêntachỉnhchoKp=1vàKd,Ki=0.NghĩalàchỉđiềukhiểnP.
SauđótatăngKplêndầndần,vàquansátđộngcơ.Khithấyđộngʺdao
độngʺ,nghĩalànólúcnhanh
lúcchậm,talấyKptạiđónhânvới0.6để
tínhtoán.NghĩalàKp_t=0.6*Kp_daođộng.
 SauđótatăngKdlênd ầndần(giữnguyênKp),nếuKdquálớnsẽ
làmđộngcơbịdao
độngmạnh.GiảmKdlạichođếnkhiđộngcơhếtdao
động.
ĐiềuchỉnhKilàkhónhất,bắtđầutừgiátrịrấtnhỏ,vídụlấyKi=1/
Kdchẳnghạn.Hệsố
Kikhông cầnlớnvìđộngcơtựnóđãchứathành
phầnKi (thểhiệnởmoment quán tính, hay sức ì củađộng c ơ). Dođó,
thườngvớiđốitượngđiềukhiểnlànhiệtđộhayđộng
cơ(cácđốitượngcó
quántính)thìchỉcầnbộđiềukhiểnPDlàđủ.
 BảngsauchỉrõcácảnhhưởngcủaKp,Ki,Kdđếncácđặctínhcủahệ
thống:

Đápứngcủahệthống Thời gian
tăng
Vọtlố Thời gianổn
định
Sai lệch so với trạng