Làm thế nào tìm (K_p), (K_i), và (K_d) trong bộ điều khiển PID: A Comprehensive Guide

Hãy học cách tìm (K_p), (K_i), và (K_d) trong bộ điều khiển PID với hướng dẫn toàn diện của chúng ta. Hiểu được vai trò của độ lợi tỷ lệ, tích phân, và phái sinh, và khám phá các phương pháp điều chỉnh khác nhau để đạt được hiệu suất hệ thống tối ưu.

1. Giới thiệu

Bài dưới đây sẽ giúp bạn tìm các thông số và giải thích ý nghĩa của chúng.

2. Hiểu được các thông số CỦA PID

Lợi nhuận tỷ lệ (K_p).

Độ lợi tỷ lệ (K_p), còn được gọi là độ lợi theo tỷ lệ, là thước đo đáp ứng với sai số. Độ lợi tỷ lệ ((K_p)) được sử dụng để xác định phản ứng của sai số hiện tại. Cao hơn (K_p), nhưng ít ổn định hơn, các giá trị dẫn đến một phản ứng tích cực. Điều này có thể nhanh chóng giảm lỗi. Trong một hệ thống điều khiển nhiệt độ, ví dụ, tăng giá trị (K_p) có thể làm cho nó phản ứng nhanh hơn với những thay đổi về nhiệt độ, nhưng một giá trị too-cao có thể gây ra dao động.

Lợi tích hợp ((I))

Độ lợi tích phân (K_i) là tổng của tất cả các sai số trong quá khứ. Lợi ích tích phân giúp loại bỏ các lỗi còn lại ở trạng thái ổn định mà không thể loại bỏ bởi các phần tử tỷ lệ. Tuy nhiên, hành động tích phân quá nhiều có thể gây ra dao động và bắn quá mức. Các (K_i), trong một hệ thống kiểm soát tốc độ, bù cho các lỗi liên tục để duy trì tốc độ mong muốn.

Lợi nhuận phái sinh (K_d))

Lợi nhuận phái sinh (K_d') là một cách để dự đoán sai lầm trong tương lai dựa trên tỷ lệ thay đổi. Tác dụng làm giảm độ ẩm này làm giảm sự phóng đại, và cải thiện sự ổn định. Tuy nhiên, một đạo hàm quá mức có thể làm cho hệ thống quá nhạy cảm. Trong một hệ thống kiểm soát vị trí, ví dụ như (K_d), giúp làm dịu chuyển động, giảm khả năng mục tiêu bị bắn quá mức.

Thiết lập ban đầu

Trước khi bắt đầu điều chỉnh các thông số PID đảm bảo rằng tất cả các bộ cảm biến và bộ truyền động hoạt động chính xác. Đặt giá trị ban đầu của (K_i), (K_p) và (K_d) bằng không. Đường cơ sở cho phép bạn quan sát cách hệ thống phản ứng mà không cần phải hành động. Chẳng hạn, trước khi điều chỉnh cánh tay robot, hãy đảm bảo tất cả các bộ cảm biến và khớp hoạt động tốt.

.                                                                                    

3. Những phương pháp điều chỉnh

Điều chỉnh thủ công

Các giá trị (K_i), (K_d) và (K_p) được điều chỉnh thủ công dựa trên cách hệ thống đáp ứng. Tăng giá trị của (K_p), cho đến khi bạn thấy các dao động. Điều chỉnh giá trị của (K_i), để loại bỏ các lỗi ổn định trạng thái, và sau đó tinh chỉnh (K_d), để cải thiện sự ổn định và giảm sự vượt mức. Nó đòi hỏi sự kiên nhẫn, và sự hiểu biết về cách mà hệ thống hành xử. Ví dụ, trong một hệ thống nhiệt, tăng (K_p), cho đến khi nhiệt độ dao động, thêm (K_i), để điều chỉnh các lỗi ở trạng thái ổn định, và điều chỉnh (K_d), để làm mịn phản ứng.

Kỹ thuật Ziegler-Nichols

Ziegler-Nichols là một phương pháp điều chỉnh cực kỳ phổ biến, cung cấp một cách tiếp cận được hệ thống hóa. Giá trị (K_p nên được tăng cho đến khi các dao động là hằng số. Không phải giá trị tăng tới hạn (K_c),) cũng như thời gian dao động (P_c). Tính toán các tham số PID bằng cách sử dụng các giá trị này và các công thức xác định trước. Đó là một phương pháp tốt, nhưng nó có thể không phù hợp với mọi hệ thống. Ví dụ, trong một hệ thống điều khiển dòng chảy, phương pháp Ziegler Nichols có thể được sử dụng để xác định (K_i), (K_p), và (K_d), giá trị ban đầu và điều chỉnh tinh chỉnh dựa trên hiệu suất hệ thống.

4. Phần mềm hữu dụng

Các phần mềm và mô phỏng khác nhau có sẵn để hỗ trợ điều chỉnh PID. Bạn có thể sử dụng những công cụ này để mô phỏng các thiết lập PID và mô hình hệ thống của bạn để xác định các thông số tốt nhất. MATLAB và Simulink là những ví dụ. Công cụ phần mềm là cách tuyệt vời để tiết kiệm thời gian trong khi vẫn mang lại kết quả chính xác hơn. Ví dụ, bạn có thể sử dụng MATLAB trong tự động hoá công nghiệp để kiểm tra phản ứng của hệ thống đối với các thiết lập PID khác nhau, và sau đó tìm các thông số tốt nhất, mà không cần phải kiểm tra thực tế từng thông số.

Những lời khuyên thiết thực

Các điều chỉnh nhỏ về các thông số PID có thể được thực hiện và quan sát được. Sự bất ổn định có thể được gây ra bởi những sự điều chỉnh lớn. Để tránh những thay đổi đột ngột trong sự ổn định của hệ thống điều khiển áp lực, bạn có thể điều chỉnh nhỏ (K_p), K_i), hoặc K_d và giám sát phản ứng.

* Tránh những cạm bẫy thông thường: đặt giá trị của (K_i), quá cao có thể dẫn đến việc lạm dụng quá mức. Ngược lại, cao (K_d) có thể làm cho hệ thống quá nhạy cảm. Trong một hệ thống để điều khiển tốc độ, giá trị cao của (K_i), có thể dẫn đến việc vượt quá tốc độ mong muốn. Các giá trị cao (K_d) cũng có thể gây ra sự bất ổn định.

Bạn có thể chỉnh các thông số hệ thống của bạn để phù hợp với các ứng dụng cụ thể một khi you' ve có một chiếc ổn định. Ví dụ, một hệ thống điều khiển nhiệt độ có thể cần các thiết lập khác nhau từ một hệ thống điều khiển vị trí. Bạn có thể cần điều chỉnh các thiết lập tham số PID trong một hệ thống điều khiển nhiệt độ để duy trì nhiệt độ không đổi trong khi giảm thiểu các dao động và phóng đại.

Kết luận của bài là:

5. Kết luận

Điều quan trọng là phải hiểu được hệ thống điều khiển PID, và các hiệu ứng của nó trên mỗi tham số. Bạn có thể đạt được hiệu suất và độ ổn định tốt nhất bằng cách tuân theo những phương pháp này. Để duy trì hành vi mong muốn, bạn phải theo dõi và điều chỉnh hệ thống liên tục. Giám sát hiệu suất của một hệ thống điều khiển công nghiệp và điều chỉnh các thông số PID nếu cần thiết.