Luận Văn Thiết Kế Bộ Điều Chỉnh PID Cho Hệ Thống Tự Động

• Tác giả: Lã Mạnh Thắng
• Người hướng dẫn: GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn
• Trường học: Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng
• Chuyên ngành: Điện Tự Động Công Nghiệp
• Đề tài: Thiết Kế Bộ Điều Chỉnh PID Tùy Chỉnh Hệ Số Khuyếch Đại và Hằng Số Thời Gian
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hải Phòng

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN DÙNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
• 1.1. Bộ điều khiển P
• 1.2. Kỹ thuật điều chỉnh P
• 1.3. Quy luật điều chỉnh P
• 1.4. Bộ điều khiển PI
• 1.5. Kỹ thuật điều chỉnh PI
• 1.6. Quy luật điều chỉnh PI
• 1.7. Bộ điều khiển PID
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
• 2.1. Cấu tạo động cơ điện một chiều
• 2.2. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
• 2.3. Các phương pháp điều khiển động cơ một chiều
• 2.3.1. Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng
• 2.3.2. Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng
• 2.4. Giới thiệu một số hệ truyền động một chiều
• 2.4.1. Hệ truyền động máy phát - động cơ điện một chiều (F - Đ)
• 2.4.2. Hệ truyền động xung áp – động cơ (XA – ĐC)
• 2.4.3. Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ điện một chiều CL – ĐC
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU THUẬT TOÁN PID DÙNG PIC16F877A
• 3.1. Khái quát về mô hình
• 3.2. Giới thiệu sơ lược về các modul của mạch
• 3.3. Cách vận hành mạch
• 3.4. Giới thiệu các linh kiện, phần tử sử dụng trong mạch
• 3.4.1. Vi điều khiển PIC 16F8774
• 3.4.2. Khái quát về điều khiển PIC 16F8774
• 3.4.3. Tổ chức bộ nhớ
• 3.4.4. Khái quát về chức năng của các port trong vi điều khiển PIC16F877A
• 3.4.5. Các vấn đề về Timer
• 3.5. Thiết kế mạch phần cứng, code chương trình và lưu đồ giải thuật
• 3.6. Giới thiệu về chương trình viết code và biên dịch
• 3.7. Một số hình ảnh thực tế của Bộ điều khiển
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về thiết kế bộ điều chỉnh PID tùy chỉnh

Bộ điều chỉnh PID (Proportional-Integral-Derivative) là một trong những công cụ quan trọng trong điều khiển tự động. Thiết kế bộ điều chỉnh PID tùy chỉnh cho phép điều chỉnh các hệ số khuyếch đại và hằng số thời gian, giúp tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống. Việc hiểu rõ về cấu trúc và nguyên lý hoạt động của bộ điều chỉnh PID là rất cần thiết để áp dụng hiệu quả trong các ứng dụng thực tiễn.

1.1. Khái niệm về bộ điều chỉnh PID

Bộ điều chỉnh PID là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển, sử dụng ba thành phần chính: tỷ lệ (P), tích phân (I) và vi phân (D). Mỗi thành phần này có vai trò riêng trong việc điều chỉnh sai số giữa giá trị thực và giá trị mong muốn.

1.2. Lợi ích của việc tùy chỉnh bộ điều chỉnh PID

Tùy chỉnh bộ điều chỉnh PID giúp cải thiện độ chính xác và ổn định của hệ thống. Việc điều chỉnh các hệ số khuyếch đại và hằng số thời gian cho phép bộ điều chỉnh phản ứng nhanh hơn với các thay đổi trong hệ thống.

II. Vấn đề và thách thức trong thiết kế bộ điều chỉnh PID

Mặc dù bộ điều chỉnh PID rất phổ biến, nhưng việc thiết kế và điều chỉnh nó không phải là điều đơn giản. Các thách thức chính bao gồm việc xác định các hệ số khuyếch đại phù hợp và xử lý các vấn đề về độ ổn định của hệ thống.

2.1. Các vấn đề thường gặp khi điều chỉnh PID

Một số vấn đề thường gặp bao gồm độ trễ trong phản hồi, dao động không ổn định và sai số tĩnh. Những vấn đề này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống điều khiển.

2.2. Thách thức trong việc tối ưu hóa bộ điều chỉnh PID

Tối ưu hóa bộ điều chỉnh PID đòi hỏi phải có kiến thức sâu về hệ thống và các phương pháp điều chỉnh. Việc tìm ra các giá trị tối ưu cho các hệ số khuyếch đại và hằng số thời gian là một thách thức lớn.

III. Phương pháp thiết kế bộ điều chỉnh PID hiệu quả

Có nhiều phương pháp để thiết kế bộ điều chỉnh PID, bao gồm phương pháp Ziegler-Nichols, phương pháp mô hình hóa và phương pháp điều chỉnh tự động. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng.

3.1. Phương pháp Ziegler Nichols

Phương pháp Ziegler-Nichols là một trong những phương pháp phổ biến nhất để điều chỉnh bộ điều chỉnh PID. Nó dựa trên việc xác định các tham số tối ưu thông qua các thử nghiệm thực tế.

3.2. Phương pháp mô hình hóa

Phương pháp mô hình hóa cho phép người thiết kế tạo ra một mô hình toán học của hệ thống, từ đó xác định các tham số PID một cách chính xác hơn.

IV. Ứng dụng thực tiễn của bộ điều chỉnh PID

Bộ điều chỉnh PID được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ công nghiệp sản xuất đến hệ thống điều khiển tự động. Việc áp dụng bộ điều chỉnh PID giúp cải thiện hiệu suất và độ chính xác của các hệ thống.

4.1. Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất

Trong công nghiệp sản xuất, bộ điều chỉnh PID được sử dụng để điều khiển các quá trình như nhiệt độ, áp suất và lưu lượng. Điều này giúp duy trì các thông số trong giới hạn cho phép.

4.2. Ứng dụng trong hệ thống điều khiển tự động

Bộ điều chỉnh PID cũng được sử dụng trong các hệ thống điều khiển tự động như robot, máy bay không người lái và các thiết bị tự động khác, giúp cải thiện độ chính xác và hiệu suất hoạt động.

V. Kết luận và tương lai của bộ điều chỉnh PID

Bộ điều chỉnh PID vẫn là một trong những công cụ quan trọng trong điều khiển tự động. Tương lai của bộ điều chỉnh PID có thể bao gồm việc tích hợp với các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và học máy để cải thiện khả năng điều chỉnh tự động.

5.1. Xu hướng phát triển bộ điều chỉnh PID

Xu hướng phát triển bộ điều chỉnh PID hiện nay là tích hợp các công nghệ mới để nâng cao khả năng tự động hóa và tối ưu hóa hiệu suất.

5.2. Tương lai của điều khiển tự động

Tương lai của điều khiển tự động sẽ chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của các bộ điều chỉnh thông minh, giúp cải thiện độ chính xác và hiệu suất của các hệ thống điều khiển.