›
›

Bài giảng Điều khiển quá trình - Chương 6: Chỉnh định bộ điều khiển PID

Download
Điều khiển quá trình  
Chương 6: Chỉnh ₫ịnh bộ ₫iều khiển PID  
Nội dung chương 6  
6.1 Những vấn đề cơ bản  
6.2 Các phương pháp dựa trên đặc tính  
6.3 Các phương pháp dựa trên mô hình mẫu  
6.4 Bù trễ sử dụng bộ dự báo Smith  
2
Chương 6: Chỉnh định bộ điều khiển PID  
© 2006 - HMS  
Mục ₫ích bài giảng  
ƒ Nắm được những vấn đề cơ bản về chỉnh định các  
tham số P/PI/PID  
ƒ Nắm được những phương pháp chỉnh định tham số bộ  
điều khiển PID thông dụng nhất trong điều khiển quá  
trình  
ƒ Có khả năng lựa chọn và áp dụng phương pháp phù  
hợp với một quá trình thực tế  
3
Chương 6: Chỉnh định bộ điều khiển PID  
© 2006 - HMS  
1. Những vấn ₫ề cơ bản  
ƒ Các phương pháp tiếp cận (tổng quan phương pháp  
chỉnh định)  
ƒ Vấn đề mô hình đối tượng sử dụng  
ƒ Vấn đề lựa chọn kiểu bộ điều khiển  
ƒ Đặc tính các vòng điều khiển sử dụng bộ điều khiển  
P/PI/PID  
ƒ Ý nghĩa của việc thay đổi, hiệu chỉnh các tham số  
4
Chương 6: Chỉnh định bộ điều khiển PID  
© 2006 - HMS  
Các phương pháp tiếp cận  
ƒ Dựa trên đặc tính của quá trình (đặc tính thời gian  
hoặc tần số): Ziegler–Nichols (I và II), phản hồi rơ-le  
(Åström và Hägglund),…  
ƒ Dựa trên mô hình quá trình:  
– Tổng hợp theo mô hình mẫu (hệ kín hoặc hệ hở): tổng hợp trực  
tiếp (Chen và Seborg), chỉnh định lam-da (Dahlin), IMC  
(Morari và Zafiriou), xấp xỉ đặc tính tần,…  
– Nắn đặc tính tần số (hệ kín hoặc hệ hở): tối ưu mô-đun  
(Kessler), dự trữ biên-pha (Åström và Hägglund,...),...  
– Tối ưu hóa tham số (theo các chỉ tiêu IAE, ISE, H∞,...)  
ƒ Dựa trên kinh nghiệm: Chỉnh định mờ, hệ chuyên gia  
5
Chương 6: Chỉnh định bộ điều khiển PID  
© 2006 - HMS  
Các mô hình quá trình thông dụng  
ke−θs  
ke−θs  
τs − 1  
ke−θs  
G2(s) =  
G3(s) =  
ƒ Bậc nhất:  
ƒ Bậc hai:  
G1(s) =  
s
τs + 1  
ke−θs  
G4(s) =  
s(τs + 1)  
ke−θs  
ke−θs  
G5'(s) =  
G6' (s) =  
G5(s) =  
τ2s + 2τζs + 1  
(τ1s + 1)(τ2s + 1)  
k(τas + 1)e−θs  
k(τas + 1)e−θs  
G6(s) =  
τ2s + 2τζs + 1  
(τ1s + 1)(τ2s + 1)  
k(−τas + 1)e−θs  
k(−τas + 1)e−θs  
G7' (s) =  
G9(s) =  
G7(s) =  
G8(s) =  
τ2s + 2τζs + 1  
(τ1s + 1)(τ2s + 1)  
ke−θs  
(τ1s − 1)(τ2s + 1)  
ke−θs  
(τ1s − 1)(τ2s − 1)  
6
Chương 6: Chỉnh định bộ điều khiển PID  
© 2006 - HMS  
Quá trình có ₫ộng học bậc cao?  
Ba cách tiếp cận:  
1. Nhận dạng xấp xỉ về mô hình bậc thấp  
2. Nhận dạng về mô hình bậc cao, sau đó xấp xỉ về mô  
hình bậc thấp (xấp xỉ giảm bậc)  
3. Thiết kế bộ điều khiển bậc cao, sau đó xấp xỉ về cấu  
trúc P/PI/PID  
7
Chương 6: Chỉnh định bộ điều khiển PID  
© 2006 - HMS  
Xấp xỉ theo phương pháp Skogestad -  
Luật chia ₫ôi (half-rule)  
ƒ Khi cắt bỏ các thành phần quán tính bậc cao của đối  
tượng, các hằng số thời gian quán tính bị cắt bỏ được  
cộng vào hằng số thời gian trễ.  
ƒ Riêng hằng số thời gian bị cắt bỏ lớn nhất được chia  
đôi một nửa cộng vào hằng số thời gian trễ, một nửa  
cộng vào hằng số thời gian quán tính được giữ lại nhỏ  
nhất.  
ƒ Đối với thành phần đáp ứng ngược bị cắt bỏ, hằng số  
thời gian đáp ứng ngược cũng được cộng vào hằng số  
thời gian trễ.  
8
Chương 6: Chỉnh định bộ điều khiển PID  
© 2006 - HMS  
Công thức xấp xỉ  
m
k
−τzis + 1  
( )  
∏
i=1  
n
∏
e−τ s  
0
τp1 > τp2 > τp3 …  
G
(
s
)
=
τ s + 1  
(
)
pj  
j=1  
ke−θs  
τs + 1  
ke−θs  
τ1s + 1 τ2s + 1  
ꢀ
ꢀ
( )  
G s =  
( )  
G s =  
(
)(  
)
τp2  
τp3  
τ = τp1 +  
τ1 = τp1, τ2 = τp2 +  
2
2
n
m
n
m
τp2  
τp3  
θ = τ0 +  
+ τ + τ  
θ = τ0 +  
+ τ + τ  
∑
∑
∑
∑
pj  
zi  
pj  
zi  
2
2
j=3  
i=1  
j=4  
i=1  
9
Chương 6: Chỉnh định bộ điều khiển PID  
© 2006 - HMS  
Căn cứ chọn kiểu bộ ₫iều khiển?  
ƒ Đặc điểm của quá trình và thiết bị  
– Động học của quá trình  
– Động học của thiết bị đo  
– Đặc điểm của nhiễu đo  
– ...  
ƒ Mục đích, yêu cầu của bài toán điều khiển  
ƒ Vai trò, đặc điểm của từng luật điều khiển  
– Vai trò ổn định hệ thống?  
– Vai trò triệt tiêu sai lệch tĩnh?  
– Vai trò cải thiện đặc tính động học?  
– Tính nhạy cảm với nhiễu đo?  
– ...  
10  
Chương 6: Chỉnh định bộ điều khiển PID  
© 2006 - HMS  
Đặc tính  
vòng ₫iều  
khiển PI  
(khi tăng kc)  
Chương 6: Chỉnh định
Đặc tính vòng  
₫iều khiển PI  
(khi tăng τi)  
12  
Chương 6: Chỉnh định bộ điều k
Đặc tính vòng  
₫iều khiển PID  
(so sánh với PI)  
Chương 6: Chỉnh định bộ điều khiể
Ảnh hưởng của thay ₫ổi tham số PID  
14  
Chương 6: Chỉnh định bộ điều khiển PID  
© 2006 - HMS  
Chọn luật ₫iều khiển cho các bài toán tiêu biểu  
ƒ Vòng điều khiển lưu lượng: Động học của đối tượng phụ  
thuộc chủ yếu vào van điều khiển, nhiễu đo cao tần => hầu  
như chỉ cần sử dụng luật PI.  
ƒ Vòng điều khiển mức: Quá trình có đặc tính tích phân, phép  
đo mức thường rất bị ảnh hưởng của nhiễu => luật P cho  
điều khiển lỏng và luật PI cho điều khiển chặt.  
ƒ Vòng điều khiển áp suất chất khí: Động học của đối tượng  
phụ thuộc chủ yếu vào thiết bị chấp hành, quá trình cũng có  
đặc tính tích phân tương tự như bài toán điều khiển mức  
nhưng cao hơn về độ chính xác => Luật PI là chủ yếu.  
ƒ Vòng điều khiển nhiệt độ: Động học chậm, phép đo ít chịu  
ảnh hưởng của nhiễu cao tần => sử dụng luật PID.  
ƒ Vòng điều khiển thành phần: Tương tự như vòng điều khiển  
nhiệt độ => thường sử dụng PID.  
15  
Chương 6: Chỉnh định bộ điều khiển PID  
© 2006 - HMS  
2. Các phương pháp dựa trên ₫ặc tính  
ƒ Ziegler-Nichols 1 (ZN-1): Dựa trên đồ thị đáp ứng quá  
độ, cho hệ số tắt dần ≈ 1/4, độ quá điều chỉnh ≈ 25%  
ƒ Ziegler-Nichols 2 (ZN-2): Dựa trên đặc tính dao động  
tới hạn (đặc tính tần số), cho chất lượng tương đương  
ZN-1  
ƒ Åström-Hägglund (AH) Phản hồi rơ-le: Cải tiến cách  
nhận dạng đặc tính dao động tới hạn của ZN-2 (chấp  
nhận kém chính xác hơn)  
ƒ Tyreus-Luyben (TL): Cải tiến ZN-2, giảm hệ số khuếch  
đại, tăng thời gian vi phân và thời gian tích phân =>  
bộ tham số “thận trọng hơn”  
16  
Chương 6: Chỉnh định bộ điều khiển PID  
© 2006 - HMS  
Ziegler-  
Nichols 1  
17  
Chương 6: Chỉnh định bộ điều khiển PID  
© 2006 - HMS  
Ziegler-Nichols 2  
1. Đặt hệ thống ở chế độ điều khiển bằng tay và đưa dần hệ  
thống tới điểm làm việc, chờ hệ thống ổn định tại điểm làm  
việc  
2. Chuyển hệ thống sang chế độ điều khiển tự động với bộ  
điều khiển P. Đặt hệ số khuếch đại kc tương đối bé.  
3. Tăng dần kc cho tới trạng thái dao động điều hòa => hệ số  
khuếch đại tới hạn (ku) và chu kỳ dao động tới hạn (Tu).  
18  
Chương 6: Chỉnh định bộ điều khiển PID  
© 2006 - HMS  
Åström-Hägglund (phản hồi rơ-le)  
ku = 4d /aπ  
19  
Chương 6: Chỉnh định bộ điều khiển PID  
© 2006 - HMS  
Tyreus-Luyben  
20  
Chương 6: Chỉnh định bộ điều khiển PID  
© 2006 - HMS  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 32 trang Thùy Anh 22040 Free
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Điều khiển quá trình - Chương 6: Chỉnh định bộ điều khiển PID", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_dieu_khien_qua_trinh_chuong_6_chinh_dinh_bo_dieu_k.pdf