Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut .
iBộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học nông nghiệp hà nội
-------------***------------- Lê xuân hải

Nghiên cứu các phơng pháp nâng cao
chất lợng của hệ thống điều chỉnh
tự động công nghiệp Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Điện khí hoá sản xuất Nông nghiệp và Nông thôn
Mã số : 60.52.54
Ngời hớng dẫn khoa học: TS. Nguyễn văn hoà

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …….
ii

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại trường ðại học Nông nghiệp Hà
Nội. Tôi ñã hoàn thành luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật với ñề tài: “ Nghiên cứu
các phương pháp nâng cao chất lượng của hệ thống ñiều chỉnh tự ñộng công
nghiệp ”.
Tôi xin chân thành cám ơn TS. Nguyễn Văn Hoà – Bộ môn ñiều khiển tự ñộng
Trường ðại học Bách khoa Hà Nội ñã tận tình hướng dẫn và tạo mọi ñiều kiện
thuận lợi cho tôi hoàn thành mảng nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cám ơn Bộ môn ðiện kỹ thuật – Khoa Cơ ñiện, Viện ðào tạo
sau ðại học Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã ñọc và ñóng góp nhiều ý kiến
quý báu ñể luận văn của tôi ñược hoàn chỉnh hơn.
Tôi xin ñược bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến Ban giám hiệu và lãnh ñạo Khoa
ðiện, Trường Cao ñẳng Công nghiệp và Xây dựng nơi tác giả công tác ñã tạo mọi
ñiều kiện thuận lợi nhất ñể tác giả hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu.
Tôi xin ñược bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến bạn bè ñồng nghiệp và nhất là gia
ñình ñã ñộng viên khích lệ ñể hoàn thành khóa học này.

Hà Nội, ngày …. tháng ….. năm 2010
Học viên
ñường ñặc tính......................................................................................15
1.4. ðánh giá chất lượng hệ thống ñiều chỉnh tự ñộng công nghiệp hiện
nay............................................................................................................20
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …….
iv

1.4.1. Các thông số của các bộ ñiều khiển sử dụng các thuật toán kinh
ñiển ñối với lò gió nóng........................................................................20
1.4.2. So sánh nhận xét các phương pháp Hallman, SO, Kappa Tau, Ziegler-
Nichols. .................................................................................................22
1.4.3. So sánh các trường hợp của Chien – Hrones – Reswick..............24
1.4.4. So sánh 3 phương pháp Hallman, KappaTau, Chien – Hrones –
Reswick................................................................................................25
1.5. Tóm lại ..............................................................................................27
CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ
THỐNG ðIỀU CHỈNH TỰ ðỘNG TRONG CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG
CẤU TRÚC PID CÓ THỐNG SỐ THAY ðỔI........................................28
2.1. ðịnh nghĩa về ñiều khiển có thông số thay ñổi (tự chỉnh). ................28
2.2. Sơ lược về ñiều khiển thích nghi.......................................................31
2.3. Các hệ thích nghi có thông số thay ñổi (tự chỉnh) tiêu biểu................33
2.3.1. Hệ thích nghi có thông số thay ñổi (tự chỉnh) hệ số khuếch ñại...33
2.3.2. Hệ ñiều khiển thích nghi theo mô hình mẫu...............................33
2.3.3 Hệ ñiều khiển thích nghi có thông số thay ñổi (tự chỉnh). ............34
2.4. Tổng hợp bộ ñiều khiển thích nghi ....................................................36
2.4.2 Xây dựng thuật toán ñiều khiển thích nghi...................................37
2.5. Mô phỏng trên phần mềm Matlab. .................................................45
2.5.1. Khảo sát hệ thống ñiều khiển thông thường (không có thích nghi)
.............................................................................................................46
2.5.2. Khảo sát hệ thống ñiều khiển có thích nghi với tham số ñã biết
trước.....................................................................................................46


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …….
vi

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Tính thông số bộ ñiều khiển theo phương pháp Chien-Hrones-
Resweick với yêu cầu tối ưu theo nhiễu và hệ kín không có ñộ quá
ñiều chỉnh
0% =
σ
................................................................................ 17
Bảng 1.2: Tính thông số bộ ñiều khiển theo phương pháp Chien-Hrones-
Resweick với yêu cầu tối ưu theo nhiễu và hệ kín có ñộ quá ñiều chỉnh
không quá 20%.................................................................................... 17
Bảng 1.3: Tính thông số bộ ñiều khiển theo phương pháp Chien-Hrones-
Resweick với yêu cầu tối ưu theo tín hiệu ñặt trước và hệ kín không có
ñộ quá ñiều chỉnh
max
h∆
........................................................................... 17
Bảng 1.4: Tính thông số bộ ñiều khiển theo phương pháp Chien-Hrones-
Resweick với yêu cầu tối ưu theo tín hiệu ñặt trước và hệ kín có ñộ
quá ñiều chỉnh
max
h∆
không vượt quá 20% so với )(lim thK
t ∞→
= ............. 18
Bảng 1.5: Bảng lựa chọn các hệ số theo phương pháp Kappa Tau................ 19
Bảng 1.6. Các thông số của các bộ ñiều khiển sau khi tiến hành thí

Hình 1.9. So sánh các bộ PI của Hallman, Kappa Tau, Ziegler theo ñặc tính ra của
hệ thống.................................................................................................... 23
Hình 1.10. ðặc tính của hệ với bộ PI của các phương pháp Hallman, SO,............. 23
Hình 1.11. So sánh các trường hợp lựa chọn thông số PI của Chien – Hrones –
Reswick.................................................................................................... 24
Hình 1.12. ðáp ứng của hệ thống khi sử dụng các cách lựa chọn thông số PI của
Chien – Hrones – Reswick. ...................................................................... 25
Hình 1.13. So sánh 3 phương pháp Hallman, KappaTau, Chien – Hrones – Reswick.
................................................................................................................. 26
Hình 1.14. ðáp ứng của hệ thống khi sử dụng PI của Hallman, Kappa Tau, Chien –
Hrones – Reswick..................................................................................... 26
Hình 2.1. Ví dụ về ñiều khiển có thông số thay ñổi (tự chỉnh)............................... 28
Hình 2.2: Cấu trúc chung của hệ thống ñiều khiển thích nghi................................ 32
Hình 2.3: Hình ñiều khiển thích nghi có thông số thay ñổi (tự chỉnh)
hệ số khuếch
ñại. ........................................................................................................... 33
Hình 2.4: Hệ thích nghi theo mô hình mẫu............................................................ 34
Hình 2.5:Hệ thích nghi có thông số thay ñổi (tự chỉnh) gián tiếp…………………
Hình 2.6:Hệ thích nghi có thông số thay ñổi (tự chỉnh) trực tiếp. .......................... 36
Hình 2.7: Sơ ñồ cấu trúc hệ ñiều khiển thích nghi theo (2.19). .............................. 40
Hình 2.8: Sơ ñồ cấu trúc hệ ñiều khiển thích nghi theo (2.20). .............................. 41
Hình 2.9: Sơ ñồ cấu trúc hệ ñiều khiển thích nghi ñối tượng là khâu quán tính bậc
nhất có trễ ñã biết trước tham số............................................................... 41
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …….
viii

Hình 2.10: Cấu trúc hệ thống ñiều khiển thích nghi ñối tượng ñiều khiển là khâu
quán tính bậc nhất có trễ chưa biết trước tham số. .................................... 45
Hình 2.11: Sơ ñồ mô phỏng ñiều khiển thường cho ñối tượng lò gió nóng. ........... 46
Hình 2.12: Kết quả mô phỏng ñiều khiển thường cho ñối tượng lò gió nóng......... 46

Hình 3.4: Bên trong bộ chỉnh ñịnh mờ. ................................................................. 61
Hình 3.5: ðịnh nghĩa các tập mờ vào/ra. ............................................................... 62
Hình 3.6: Sơ ñồ khối hệ thống mờ tỉ lệ.................................................................. 64
Hình 3.7: Biến ñầu vào của hệ thống mờ tỉ lệ........................................................ 65
Hình 3.8: Biến ñầu ra của hệ thống mờ tỉ lệ. ......................................................... 65
Hình 3.9. Sơ ñồ cách chọn luật mờ........................................................................ 65
Hình 3.10: Luật ñiều khiển của hệ thống mờ tỉ lệ. ................................................. 66
Hình 3.11: Sự phụ thuộc giữa các biến vào/ra của hệ thống mờ tỉ lệ...................... 66
Hình 3.12: Quan hệ giữa các biến vào/ra của hệ thống mờ tỉ lệ. ............................ 67
Hình 3.13: Sơ ñồ mô phỏng theo phương pháp của hệ thống mờ tỉ lệ.................... 67
Hình 3.14. Kết quả mô phỏng theo phương pháp của hệ thống mờ tỉ lệ................. 67
Hình 3.15. Sơ ñồ khối hệ thống mờ hai vào một ra................................................ 68
Hình 3.16. Biến ñầu vào de/dt hệ thống mờ hai vào một ra. .................................. 68
Hình 3.17. Biến ñầu vào e hệ thống mờ hai vào một ra. ........................................ 69
Hình 3.18. ðầu ra hệ thống mờ hai vào một ra...................................................... 69
Hình 3.19. Sự phụ thuộc biến ñầu vào ra hệ thống mờ hai vào một ra. .................. 70
Hình 3.20. Luật hệ thống mờ hai vào một ra. ........................................................ 70
Hình 3.21. Bảng ma trận cách xác ñịnh luật ñiều khiển mờ................................... 70
Hình 3.22. ðáp ứng ñầu ra của hệ thống mờ hai vào một ra. ................................. 72
Hình 3.23. Sơ ñồ hệ thống ñiều khiển hệ thống mờ hai vào một ra với ñối tượng lò
gió nóng.. ................................................................................................. 72
Hình 3.24. Kết quả mô phỏng hệ thống mờ hai vào một ra với ñối tượng lò gió nóng.... 72
Hình 4.1. Sơ ñồ mô phỏng hệ thống thực sử dụng thuật toán kinh ñiển. ................ 73
Hình 4.2. Kết quả mô phỏng ñiều khiển thực với K
p
=5 ,T
i
=125. ......................... 73
Hình 4.3. Kết quả mô phỏng ñiều khiển thực với K
p

lò gió
nóng với tham số chưa biết trước (có khâu phản hồi)................................ 77
Hình 4.12: Sơ ñồ mô phỏng ñiều khiển thực có thích nghi cho ñối tượng
lò gió
nóng với tham số chưa biết trước (không có khâu phản hồi)..................... 78
Hình 4.13: Kết quả mô phỏng ñiều khiển thực có thích nghi cho ñối
tượng lò gió nóng với tham số chưa biết trước (không có khâu phản hồi). 78
Hình 4.14: Sơ ñồ mô phỏng ñiều khiển thực có thích nghi cho ñối tượng lò gió nóng
có cùng hàm trong thích nghi (có phản hồi).............................................. 79
Hình 4.15: Kết quả mô phỏng ñiều khiển thực có thích nghi cho ñối tượng lò gió
nóng có cùng hàm trong thích nghi (có phản hồi). .................................... 79
Hình 4.16: Sơ ñồ mô phỏng ñiều khiển thực có thích nghi cho ñối tượng lò gió nóng
có cùng hàm trong thích nghi (không có phản hồi). .................................. 80
Hình 4.17: Kết quả mô phỏng ñiều khiển thực có thích nghi cho ñối tượng lò gió
nóng có cùng hàm trong thích nghi (không có phản hồi)........................... 80
Hình 4.18: Sơ ñồ mô phỏng thực theo phương pháp chỉnh ñịnh mờ bộ PI với K
R

không ñổi cho ñối tượng lò gió nóng. ....................................................... 83
Hình 4.19: Kết quả mô phỏng thực theo phương pháp chỉnh ñịnh mờ bộ PI với K
R

không ñổi cho ñối tượng lò gió nóng. ....................................................... 83
Hình 4.20: Sơ ñồ phỏng thực theo phương pháp chỉnh ñịnh mờ bộ PI với Ti không
ñổi cho ñối tượng lò gió nóng................................................................... 84
Hình 4.21: Kết quả mô phỏng thực theo phương pháp chỉnh ñịnh mờ bộ PI với Ti
không ñổi cho ñối tượng lò gió nóng. ....................................................... 84

nhiều và cần phải ñề cập tới. Ví dụ như ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung, lò gió nóng hay
lò sấy… ðã có nhiều công trình nghiên cứu trước ñây và cho nhiều kết quả nghiên
cứu ứng dụng rất tốt.
Bộ ñiều khiển PID ñược ứng dụng hầu hết trong việc ñiều khiển ñối tượng
trong công nghiệp. Tuy nhiên việc lựa chọn các thông số của bộ ñiều khiển sao cho
chất lượng tốt nhất ñã làm cho nhiều người trong lĩnh vực ñiều khiển quan tâm. ðể
tăng chất lượng ñiều khiển phải phối hợp ñiều khiển kinh ñiển với thích nghi, kỹ
thuật logic mờ… Do vậy luận văn có tên “Nghiên cứu các phương pháp nâng cao
chất lượng của hệ thống ñiều chỉnh tự ñộng công nghiệp ”. Luận văn tập trung
nghiên cứu các ñối tượng phổ biến trong công nghiệp và tiến hành nghiên cứu kháo
sát và ñánh giá các thuật toán kinh ñiển và các thuật toán ñặc biệt như tự chỉnh ñể
so sánh ñiều khiển lò gió nóng hay còn gọi là lò sấy tại Bộ môn ðiều khiển tự ñộng
tại Trường ðại học Bách khoa Hà Nội.
2. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết ñể xây dựng thuật toán.
- Dùng mô phỏng ñể kiểm nghiệm kết quả nghiên cứu lý thuyết.
- Dùng thực nghiệm ñể khẳng ñịnh kết quả nghiên cứu.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài
Về khoa học: Luận văn góp phần chuẩn hóa và hoàn thiện phương pháp
thiết kế bộ ñiều khiển ñể ñiều khiển ñối tượng phổ biến trong công nghiệp.
Về thực tiễn: Với kết quả thu ñược của ñề tài ñã góp phần:
- Giải quyết một phần những khó khăn trong việc tổng hợp hệ ñiều khiển mờ.
-Tổng hợp bộ ñiều khiển mờ cho ñối tượng có trễ.
- Nâng cao chất lượng của hệ thống ñiều chỉnh tự ñộng công nghiệp cho ñối
tượng biến ñổi chậm.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …….
2

4. Phạm vi và nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu chính của luận văn ñề cập ñến những vấn ñề sau:

3

CHƯƠNG 1
KHẢO SÁT VÀ ðÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG
ðIỀU CHỈNH TỰ ðỘNG CÔNG NGHIỆP

1.1. Các ñối tượng trong công nghiệp.
Một trong những nhiệm vụ cơ bản của lí thuyết ñiều khiển tự ñộng là phải
nghiên cứu ñược tính chất của ñối tượng ñiều chỉnh. Các thông tin về ñối tượng
ñiều chỉnh thu thập càng ñầy ñủ thì việc tổng hợp hệ thống ñiều chỉnh tự ñộng càng
ñơn giản và quá trình ñiều chỉnh càng dễ ñạt ñộ chính xác cao. Việc nghiên cứu ñối
tượng ñiều chỉnh phải xuất phát từ việc nghiên cứu các hiện tương hóa lí xảy ra
trong ñối tượng công nghệ (thiết bị công nghệ).
Các hiện tượng này luôn luôn liên quan tới dòng vật chất hay dòng năng lượng
chảy vào Q
V
và chảy ra Q
R

từ ñối tượng, tạo nên môi trường hoạt ñộng của quy
trình công nghệ. Khi Q
V
= Q
R
các quá trình trong ñối tượng tồn tại ở trạng thái
dừng, ñối tượng ở trạng thái cân bằng. Khi Q
V
≠ Q
R


hay còn gọi là tính dung lượng của ñối tượng. Sự tích lũy của ñối tượng ñược phản
ánh ra bên ngoài thông qua giá trị ñại lượng cần ñiều chỉnh y. Khi Q
V

= Q
R

ñối
tượng ở trạng thái cân bằng, sự tích lũy trong lòng ñối tượng không thay ñổi, ñại
lượng cần ñiều chỉnh không thay ñổi. Khi có sự mất cân bằng vào ra Q
V
≠ Q
R
, tích
lũy trong lòng ñối tượng sẽ thay ñổi làm thay ñổi ñại lượng cần ñiều khiển.
ðối tượng có dung lượng càng nhỏ thì tốc ñộ thay ñổi của ñại lượng cần ñiều
chỉnh càng tăng khi có sự mất cân bằng giữa dòng ra và dòng vào dẫn ñến quá trình
ñiều chỉnh càng phức tạp. Ngược lại, dung lượng của ñối tượng càng lớn thì tốc ñộ
thay ñổi của ñại lượng cần ñiều chỉnh càng nhỏ, quá trình ñiều chỉnh càng ñơn giản.
Ví dụ, ñiều chỉnh mức nước trong một bình chứa, khả năng tích lũy của bình
chính là dung tích của nó. Dung tích của bình càng lớn thì tốc ñộ thay ñổi mức càng
chậm khi có sự mất cân bằng giữa lưu lượng nước chảy vào và chảy ra, việc giữ ổn
ñịnh mực nước trong bình càng ñơn giản.
Nhìn chung tốc ñộ thay ñổi của ñại lượng cần ñiều chỉnh
dt
dy
phụ thuộc vào giá
trị mất cân bằng ∆Q giữa lượng cào và lượng ra và ñược mô tả dưới dạng.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …….
5

y
C
c
∆
∆
=
(1.3)
Trong ñó, ∆C là sự thay ñổi tích lũy của ñối tượng dẫn ñến sự thay ñổi ∆y của
ñại lượng cần ñiều chỉnh.
Từ công thức (1.3) có thể suy ra:

Q
dt
dy
c
dt
dC
∆==
. (1.4)
Rõ ràng, hệ số dung lượng c là giá trị tỉ lệ nghịch với hệ số nhạy cảm nhiễu
γ
của ñối tượng.
Ví dụ: ðối tượng ñiều chỉnh là bình chứa nước có tiết diện s không ñổi (hình
1.2) có dòng nước Q
V
chảy vào bình từ phía trên và dòng nước Q
R

chảy ra tự nhiên
khỏi bình từ phía dưới. ðại lượng cần ñiều chỉnh ở ñây là mức nước trong bình.

γ
(1.5)
Hệ số nhạy cảm nhiễu
γ
tỉ lệ nghịch với tiết diện, tức là tỉ lệ nghịch với hệ số
dung lượng.
1.1.2. Tính tự cân bằng.
Là khả năng của ñối tượng sau khi có nhiễu tác ñộng phá vỡ trạng thái cân
bằng của ñối tượng thì nó sẽ tự hiệu chỉnh ñể trở lại trạng thái cân bằng mà không
có sự tác ñộng của bên ngoài. ðối tượng có tính tự cân bằng ñược gọi là ñối tượng
tĩnh. ðối tượng không có tính tự cân bằng ñược gọi là ñối tượng phi tĩnh.
Như trên ñã trình bày, tốc ñộ thay ñổi của ñại lượng cần ñiều chỉnh phụ thuộc
vào giá trị mất cân bằng ∆Q. ðối tượng sẽ có tính tự cân bằng nếu theo thời gian
vận ñộng của quá trình, tốc ñộ thay ñổi của ñại lượng cần ñiều chỉnh giảm dần và
ñối tượng sẽ ñạt trạng thái cân bằng khi tốc ñộ này xác lập ở 0. Như vậy, ñối tượng
sẽ có tính tự cân bằng nếu có sự liên hệ nghịch âm giữa ñại lượng cần ñiều chỉnh y
và giá trị mất cân bằng ∆Q.
Giá trị:
y
Q
∂
∆∂
−=
θ
ñược gọi là mức ñộ tự cân bằng của ñối tượng.
Nếu
const=
θ
thì mối liên hệ giữa ∆Q và y ñược mô tả theo công thức:
∆Q = ∆Q

γθ
1
=T
và
θ
1
=K

Từ các phân tích trên ñây cho ta kết luận: ñối tượng sẽ có tính tự cân bằng khi
mức ñộ cân bằng
θ
> 0, trong ñối tượng tự hình thành mạch phản hồi âm từ tín hiệu
ra y nên tác ñộng nhiễu mất cân bằng ∆Q. Nếu
θ
= 0 thì giữa y và ∆Q không tồn
tại mối quan hệ nào. Tốc ñộ thay ñổi của y là cố ñịnh, ñối tượng có thành phần tích
phân, vì vậy không thể tự cân bằng. Khi
θ
< 0, trong lòng ñối tượng hình thành mối
liên hệ nghịch dương giữa tín hiệu ra y và tác ñộng vào ∆Q, tốc ñộ thay ñổi của y
càng ngày càng tăng hình thành phần tử không ổn ñịnh. Các ñặc tính ñộng học của
ñối tượng ñầy ñủ thông qua các ñặc tính thời gian của nó mà ñặc trưng nhất là hàm
quá ñộ.
1.1.3. Hàm quá ñộ.
Hàm quá ñộ của ñối tượng tự cân bằng trong công nghiệp có hình dạng như ñồ
thị ñược mô tả trên hình 1.3.
Từ hàm quá ñộ này ta nhận thấy giai ñoạn ñầu sau khi có tác ñộng của nhiễu thì
tín hiệu ra chưa thay ñổi ngay mà phải mất một thời gian
0
τ

d
(p) = K
d
W
0
(p)
p
e
0
τ
−

Trong ñó, K
d
là hệ số truyền của ñối tượng.

0
τ
là thời gian trễ.

1...
1...
)(
1
1
10
1
1
10
++++

0
τ
cho
ñến hết quá trình trong thực tế khâu tĩnh có thể lấy gần ñúng một trong bốn dạng
sau: khâu bậc nhất, bậc nhất có trễ, khâu bậc hai và bậc hai có trễ.
Khi khâu tĩnh là bậc nhất thì ñối tượng có hàm truyền ñạt dạng:

p
d
e
Tp
K
pW
0
.
1
)(
τ
−
+
= Nếu khâu tĩnh là hàm bậc nhất có trễ thì ñối tượng ñược mô tả hảm truyền ñạt
dạng:

p
d
d
e

1
)(
2
2
1
τ
−
++
=

Trường hợp khâu tĩnh là bậc hai có trễ thì hàm truyền ñạt ñối tượng có dạng:

p
d
d
e
pTpT
K
pW
)(
2
2
1
0
.
1
)(
ττ
+−
++

d
: là hệ số truyền của ñối tượng;

0
τ
: là thời gian trễ.
W
0
(p): là hàm truyền ñạt cảu thành phần tĩnh có dạng tổng quát:

1...
1...
)(
1
1
10
1
1
10
++++
++++
=
−
−
−
−
papapa
pbpbpb
pW
n


* Tích phân có trễ:
W
d
(p) =
)1(
1
1
+pTTp
p
e
0
τ
−

* Quán tính tích phân có trễ:
W
d
(p) =
)1(.
1
1
+pTpT
p
e
0
τ
−

Các thông số của thông số hoàn toàn có thể xác ñịnh ñược gần ñúng từ hàm

1.2.1. Mô hình bộ ñiều khiển.
Luật ñiều khiển PID tính toán tín hiệu ñiều khiển là tổng hợp của 3 thành phần
tỷ lệ P (Proprtional), tích phân I (Intergral), vi phân D (Derivative)

Hình 1.6. Mô hình bộ ñiều khiển

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …….
12

Trong ñó: y
o
: là tín hiệu chủ ñạo
y
m
: tín hiệu phản hồi từ ñối tượng
u: tín hiệu ñiều khiển (biến ñiều khiển)
y : là biến ñược ñiều khiển
d và n lần lượt là nhiễu quá trình và nhiễu ño

Cấu trúc ñơn giản nhất của bộ ñiều khiển PID
∫
++=
1
0

T
teKtu
D
i
p
ττ

Và chuyển về dạng hàm truyền:








++= ST
sT
KsR
d
i
p
.
1
1)(

ðây chính là cấu trúc của bộ ñiều khiển PID lý tưởng
Các bộ ñiều khiển có thể sử dụng từng thành phần P, I, D riêng rẽ hoặc phối
hợp với nhau. Theo các tài liệu thống kê thì có khoảng 60% các bộ ñiều khiển trong
công nghiệp có cấu trúc PI, 20% có cấu trúc PID và khoảng 20% có cấu trúc P

13

ðộ dịch u
b
(bias) là một hằng số biểu thị giá trị tín hiệu ñiều khiển khi sai lệch
bằng 0. sai lệch càng lớn thì tác ñộng tỷ lệ càng lớn và ngược lại, mức ñộ phụ thuộc
vào hệ số khuếch ñại K. Tuy nhiên, ñộ dịch u
b
không ñảm bảo sai lệch e có thể tiến
ñến 0 trong trường hợp khi mà ñộ dịch không ñược xác ñịnh một cách chính xác.
Nếu bản thân quá trình là tích phân thì ñộ dịch ñược chọn bằng 0, còn trong trường
hợp còn lại ñộ dịch có thể ñược tạo ra bởi một khâu truyền thẳng (bù giá trị ñặt)
hoặc bởi thành phần tích phân. Luật tỷ lệ tác ñộng nhanh và tức thời có tác dụng cải
thiện tốc ñộ ñáp ứng của hệ thống và vì vậy có tác dụng quan trọng trong giai ñoạn
ñầu của quá trình quá ñộ.
Hệ số khuếch ñại có thể chọn âm hay dương là tuỳ theo yêu cầu cụ thể của bài
toán và tuỳ theo ñặc tính quá ñộ của cảm biến hay của van. Giá trị K âm tương ứng
với tác ñộng thuận, khi ñó tín hiệu ñiều khiển sẽ tăng khi ñầu ra của quá trình và
ngược lại.
Với giá trị dương K bộ ñiều khiển sẽ có tác ñộng ngược tức là tín hiệu ñiều khiển
tăng thì ñầu ra của quá trình sẽ giảm và ngược lại.
Bên cạnh hệ số khuếch ñại K, trong thực tế người ta còn dùng khái niệm dải tỷ
lệ ñược ñịnh nghĩa bởi: P
b
= (u
max
– u
min
)/K
Ý nghĩa của dải tỷ lệ chính là phạm vi mà giá trị của sai lệch cho phép mà tín