CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THUẬT TOÁN PID

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRANG 7 / 32



- PID chỉ áp dụng cho các hệ thống SISO.



Hình 2.1 Sơ đồ về bộ điều khiển PID[1]



- Công thức đầy đủ của bộ điều khiển PID là:

F=Kp*e + Ki*(In-1+()*dt+Kd*

Trong đó:

+ F: là hàm ngõ ra.

+ Kp,Ki,Kd: là các thông số của bộ điều khiển PID.

+ e: là sai số giữa tín hiệu đặt và tín hiệu thực tế.

2.2. Một số tiêu chí để kiểm tra một hệ thống sử dụng bộ điều khiển PID:

- Các tiêu chí để đánh giá hệ thống sư dụng bộ điều khiển PID là:

+ Độ vọt lố (POT).

+ Sai số xác lập (exl).

+ Thời gian xác lập (txl).



Điều Khiển Động Cơ DC Dùng Thuật Toán PID

Với Sự Điều Khiển Và Giám Sát Từ Máy Tính



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRANG 8 / 32



Hình 2.2 Các tiêu chí của bộ điều khiển PID[1]



- Hệ thống sẽ tối ưu nhất nếu:

+ Độ vọt lố POT(%) càng nhỏ càng tốt.

+ Sai số xác lập exl càng nhỏ càng tốt.

+ thời gian xác lập txl càng nhỏ càng tốt.

- Ảnh hưởng của Kp,Ki,Kd đến hệ thống:

+ Khi Kp tăng dẫn đến exl giảm khiến cho txl sẽ tăng nếu chưa có vọt lố và giảm

nếu có vọt lố. Khi Kp q lớn thì hệ sẽ mất ổn định.

+ Khi Ki tăng sẽ triệt tiêu exl.

+ Khi Kd tăng hệ thống sẽ đạt đến giá trị đặt chậm hơn nhưng sẽ ổn định hơn và

giảm độ vọt lố.

- Từ các thơng tin trên, có thể xác định mục tiêu của bộ điều khiển là: Triệt tiêu sai

số xác lập, giảm thời gian xác lập và độ vọt lố, hạn chế dao động nếu có.

2.3. Cách thức xác định thơng số PID:

- Có 2 cách để xác định thơng số PID: bằng phương pháp tính tốn và phương pháp

thử sai (thủ công).

+ Phương pháp thử sai: Chọn trước các thông số Kp,Ki,Kd và thay đổi đến khi

thỏa mãn được chất lượng mà hệ thống yêu cầu. Ưu điểm của phương pháp này là

không cần công thức tính tốn. Nhược điểm: tốn thời gian và khơng tránh khỏi sai số.

+ Phương pháp tính tốn: dùng giải thuật Zeigler Nichols sẽ thu được thơng số

Kp,Ki,Kd tương đối chính xác nhưng khơng hồn tồn tốt.



Điều Khiển Động Cơ DC Dùng Thuật Toán PID

Với Sự Điều Khiển Và Giám Sát Từ Máy Tính



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRANG 9 / 32



2.4. Áp dụng thuật toán PID vào đề tài:

Gọi F là tốc độ mà ta thiết lập cho động cơ sẽ đạt được, với yêu cầu là chính xác và

ổn định. Gọi e là sai số giữa tốc độ động cơ đang chạy thực tế với tốc độ mà ta thiết

lập, trên thực tế nếu sai số càng lớn thì chúng ta phải cần một mức điện áp để giảm giá

trị của sai số e này càng nhỏ càng tốt. Và ta có cơng thức:

F=Kp*e

Thực tế khi ta tăng Kp càng lớn thì động cơ đạt đến tốc độ đặt trước rất nhanh, tuy

nhiên sẽ xảy ra vọt lố, đồng nghĩa với việc sai số e lúc này có giá trị âm tạo ra xu

hướng động cơ sẽ giảm tốc độ, quá trình này lập đi lập lại. Nếu sử dụng đạo hàm làm

thành phần thắng thì có thể giảm vọt lố của động cơ. Vậy ta sẽ có bộ điều khiển như

sau:

F=Kp*e + Kd*

Nếu thành phần D và P chênh lệch với nhau quá lớn thì động cơ chưa đạt đến tốc độ

mong muốn đã dừng lại. Khi đó ta thêm thành phần cộng dồn sai số, đó là thành phần I

trong bộ điều khiển. Lúc này công thức sẽ là:

F=Kp*e + Kd*+Ki*(In-1+()*dt



CHƯƠNG 3: LINH KIỆN CHÍNH SỬ DỤNG TRONG MẠCH

3.1. Vi điều khiển PIC 16F877:

3.1.1.

Sơ lược về VĐK PIC16F877:

PIC là tên viết tắt của “ Programmable Intelligent Computer”, PIC16F877A là

dòng PIC khá phổ biến, khá đầy đủ tính năng phục vụ cho hầu hết tất cả các ứng

dụng thực tế.

PIC 16F877 có tập lệnh gồm 35 lệnh và độ dài 14 bit. Mỗi lệnh thực thi trong 1

xung clock, hoạt động ở tần số 20Mhz và chu kì 200ns.

Bảng 3.1. Bảng tổng quan về VĐK PIC 16F877



Đặc tính

ROM trên chip

RAM nội

Bộ định thời



Điều Khiển Động Cơ DC Dùng Thuật Toán PID

Với Sự Điều Khiển Và Giám Sát Từ Máy Tính



Dung lượng

8K byte

368 byte

2 bộ định thời 8 bits và 1 bộ định thời 16



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRANG 10 / 32



bits

Số chân

40

Số cổng nối tiếp

1 cổng song song cới các tín hiệu nối tiếp

Nguồn ngắt

15

Điện áp hoạt động

5V

Độ bền

100.000 lần ghi/xóa

Tần số hoạt động

Tối đa 20Mhz

Ngồi ra PIC 16F877 còn có 5 port và 1 bộ chuyển đổi ADC (Analog to Digital

3.1.2.



Converter.

Sơ đồ khối PIC 16F877:



Hình 3.1 Sơ đồ khối PIC 16F877[3]



Điều Khiển Động Cơ DC Dùng Thuật Toán PID

Với Sự Điều Khiển Và Giám Sát Từ Máy Tính