Điều khiển tín hiệu PID ?

Định nghĩa về PID

Xin chào các bạn! Hôm nay tôi sẽ tiếp tục chia sẽ với các bạn về thuật ngữ mới đó là ” PID”, nói đúng hơn là một thuật toán. Vậy các bạn đã biết về PID là gì chưa? Nó có ứng dụng hay mục tiêu như thế nào? Hãy cùng tôi tìm hiểu về PID nhé các bạn.

1. PID là gì?

PID là sự kết hợp của 3 bộ điều khiển: tỉ lệ, tích phân và vi phân, có khả năng điều chỉnh sai số thấp nhất có thể, tăng tốc độ đáp ứng, giảm độ vọt lố, hạn chế sự dao động. 

Bộ điều khiển PID hay chỉ đơn giản là PID là một kỹ thuật điều khiển quá trình tham gia vào các hành động xử lý về “tỉ lệ, tích phân và vi phân“. Nghĩa là các tín hiệu sai sốxảy ra sẽ được làm giảm đến mức tối thiểu nhất bởi ảnh hưởng của tác động tỉ lệ, ảnh hưởng của tác động tích phân và được làm rõ bởi một tốc độ đạt được với tác động vi phân số liệu trước đó.

Điều khiển PID là một kiểu điều khiển có hồi tiếp vòng kín được sử dụng rộng rải trong hệ thống điện, tự động hóa, điện tử,…

2. Tìm hiểu về PID

Ví dụ: Khi bạn muốn điều khiển lò nung, theo như bình thường thì bạn phải cài đặt mức nhiệt độ là 38ºC, khi đạt ngưỡng 38ºC thì ngắt nhiệt. Nhưng theo cách này thì độ chính xác là 38ºC sẽ thấp vì có sai số lớn. Do đó, khi sử dụng bộ điều khiển PID thì nó sẽ điều chỉnh giá trị điều khiển ở ngõ ra Ouput sao cho sai lệch giữa giá trị đo được của hệ thống với giá trị cài đặt nhỏ nhất có thể ( sai số∼0), tạo sự ổn định và có đáp ứng nhanh.

Một cách đơn giản nhất để hiểu về PID như sau:

• P: là phương pháp điều chỉnh tỉ lệ,  giúp tạo ra tín hiệu điều chỉnh tỉ lệ với sai lệch đầu vào theo thời gian lấy mẫu.
• I: là tích phân của sai lệch theo thời gian lấy mẫu. Điều khiển tích phân là phương pháp điều chỉnh để tạo ra các tín hiệu điều chỉnh sao cho độ sai lệch giảm về 0. Từ đó cho ta biết tổng sai số tức thời theo thời gian hay sai số tích lũy trong quá khứ. Khi thời gian càng nhỏ thể hiện tác động điều chỉnh tích phân càng mạnh, tương ứng với độ lệch càng nhỏ.
• D: là vi phân của sai lệch. Điều khiển vi phân tạo ra tín hiệu điều chỉnh sao cho tỉ lệ với tốc độ thay đổi sai lệch đầu vào. Thời gian càng lớn thì phạm vi điều chỉnh vi phân càng mạnh, tương ứng với bộ điều chỉnh đáp ứng với thay đổi đầu vào càng nhanh.

Mục tiêu sử dụng bộ điều khiển PID là gì?

PID được coi là là bộ điều khiển lý tưởng của các hệ thống điều khiển quy trình hiện đại. Nó được sử dụng hầu hết trong các ứng dụng điều khiển quá trình tự động trong công nghiệp hiện nay. Để điều chỉnh lưu lượng, nhiệt độ, áp suất, vv…

• Giảm sai số xác lập đến mức tối thiểu nhất
• Hạn chế độ dao động
• Giảm thời gian xác lập và độ vọt lố.

Điều khiển mức nước bằng PID

Bộ điều khiển có thể chạy hoàn toàn tự động mà không cần sự can thiệp của con người, cần có những điều sau đây:

• Bộ điều khiển nhận tín hiệu 4-20mA ngõ ra PID 4-20mA.
• Cảm biến đo mức nước 4-20mA.
• Van điều khiển nước xả ra tín hiệu 4-20mA.

– Mức nước đo được từ cảm biến, được gọi là biến quá trình (PV).

– SV là giá trị cài đặt cần mong nuốn.

==> Khi SV khác với PV thì PID sẽ tự điều chỉnh để duy trì mức nước trong bể một cách chính xác nhất.

PID TRONG BIẾN TẦN

Lấy ví dụ:

Có một bể chứa dung dịch vừa cần trộn đều dung dịch vừa có thể điều khiển nhiệt độ tại 70ºC

Để điều khiển tự động với PID, cần có sự kết hợp của các thiết bị như sau:

• Van điều khiển lưu lượng
• Cảm biến nhiệt độ
• Biến tần điều khiển PID cho động cơ
• Bộ điều khiển nhiệt độ PID cho van điều khiển

Cảm biến nhiệt độ có thể điều khiển được tốc độ của biến tần và lưu lượng nước đi qua van điều khiển. Nhằm đảm bảo mức độ trộn đều dung dịch và nhệt độ trong bể. Việc tăng hay giảm nhiệt độ phụ thuộc vào lưu lượng dung dịch đi qua van điều khiển. Còn trộn dung dịch đều hay không lại phụ thuộc vào biến tần.

Điều khiển tín hiệu PID là một quá trình phức tạp. Để điều khiển chính xác các đối tượng: nhiệt độ, độ ẩm, chiều dài, mực nước, lưu lượng, áp suất,..Cần phải thiết kế từng PID độc lập cho từng đối tượng.

Các loại điều khiển

• Bộ điều khiển tỉ lệ – P (Proportional Controller).
• PI ( Proportinal and Integral Controller) gọi là bộ điều khiển tỉ lệ và tích phân.
• PD (Proportional and Derivative (PD) Controller ) gọi là bộ điều khiển đạo hàm.
• PID (Proportional, Integral, and Derivative (PID) Controller) là bộ điều khiển tỉ lệ – tích phân- đạo hàm (vi phân).

Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển PID là gì?

Hệ thống điều khiển PID tự động bao gồm: 

• Thiết bị điều khiển và cài đặt (PLC, HMI).
• Cơ cấu chấp hành ( thiết bị gia nhiệt).
• Thiết bị hồi tiếp ( cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất).

Trong bài viết này, tôi đã chia sẽ về PID là gì?  Bộ điều khiển PID và mục tiêu sử dụng bộ điều khiển PID ra sao? Ứng dụng của PID như thế nào? Tôi mong rằng, những thông tin này sẽ có hữu ích với các bạn. Nếu có sai sót gì các bạn có thể Comment bên dưới để mình sửa lại nhé!