PID là gì? Ý nghĩa thông số và cách điều chỉnh thông số PID
PID là gì? Đọc ngay để tìm hiểu thêm về ý nghĩa các thông số PID, cách điều chỉnh thông số PID cũng như ứng dụng của thuật toán PID.
Thuật toán PID điều khiển nhiệt độ hoặc áp suất là một trong những ý tưởng cực kỳ độc đáo của các nhà nghiên cứu công nghiệp. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ có những chia sẻ giúp quý vị có thêm thông tin chi tiết về bộ điều khiển PID là gì?
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. Vậy, bộ điều khiển PID là gì?
Bộ điều khiển PID hay chỉ đơn giản là PID, đây là một kỹ thuật điều khiển quá trình tham gia vào các hành động xử lý về vi phân, tích phân, tỉ lệ. Bộ điều khiển này bắt đầu xuất hiện là vào năm 1890. Nicolas Minorsky đã đưa ra lý thuyết chính thức về bộ điều chỉnh nhờ những hành vi của người lái tàu thủy trong cả một thời gian dài ông phát triển lý thuyết dựa vào sự quan sát của bản thân.
Nicolas Minorsky đã viết chi tiết về khái niệm của PID cũng như các kiến thức của bộ điều chỉnh mà đến nay nó vẫn có giá trị hữu dụng. Thiết bị phát triển vào năm 1911 bởi Elmer Sperry. Sau đó được phát triển trên các hệ thống tàu thuyền tự động bằng tên khác là PID Controller, còn trước đó nó xuất hiện trong các thiết kế của bộ điều tốc.
Nó có thể dùng để giảm thời gian xác lập và độ vọt lố, hạn chế độ dao động và điều chỉnh lưu lượng, nhiệt độ, áp suất, có khả năng điều chỉnh sai số thấp nhất có thể. Do đó, nó được sử dụng hầu hết trong các ứng dụng điều khiển quá trình tự động trong công nghiệp hiện nay. Điều khiển PID là một kiểu điều khiển có hồi tiếp, ngõ ra thay đổi tương ứng với sự thay đổi của giá trị đó, có hồi tiếp vòng kín được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện, tự động hóa, điện tử,…
Nhìn chung, PID là sự kết hợp của 3 bộ điều khiển vi phân, tích phân và tỉ lệ. Nghĩa là các tín hiệu sai số xảy ra sẽ được làm rõ bởi một tốc độ đạt được với tác động vi phân số liệu trước đó, được làm giảm đến mức tối thiểu nhất bởi ảnh hưởng của tác động tích phân và tác động tỉ lệ.
Ý nghĩa các thông số PID
PID được tạo bởi cụm từ tiếng Anh đầy đủ là Proportional Integral Derivative. Vậy, Proportional Integral Derivative thực tế có nghĩa là gì? Ba chữ cái này chính là đại diện cho 3 khâu chính của bộ điều khiển PID. Ý nghĩa các thông số PID bao gồm:
– D trong Derivative: Có nghĩa là vi phân của sai lệch. Khi thời gian và tương ứng với bộ điều chỉnh và thời gian càng lớn, vấn đề vi phạm điều chỉnh vi phân sẽ càng mạnh để đáp ứng cho thay đổi đầu vào sẽ càng nhanh. Để có thể cho tỷ lệ phù hợp nhất với tốc độ thay đổi sai lệch đầu vào thì điều khiển vi phân sẽ có nhiệm vụ trong việc tạo ra các tín hiệu điều chỉnh.
– I trong Integral: Nó là sự phân tích đối với các sai lệch theo thời gian lấy mẫu. Khi thời gian tác động thể hiện càng nhỏ thì điều chỉnh phân tích càng mạnh, tương ứng với đó là độ lệch cũng nhỏ theo. Từ đó mà người dùng có thể dễ dàng biết được sai số tích lũy được trong quá khứ hay tổng sai số tức thời tính theo thời gian. Để tạo ra các tín hiệu điều chỉnh sao cho độ sai lệch giảm về mức 0 thì cần sử dụng phương pháp điều khiển tích phân.
– P trong Proportional: So với sai lệch đầu vào theo thời gian tiến hành lấy mẫu, tạo ra một tín hiệu thông báo về điều chỉnh tỷ lệ, Proportional chính là phương pháp điều chỉnh tỉ lệ.
Cách điều chỉnh thông số PID
Các phương pháp điều chỉnh thông số PID có thể áp dụng theo phương thức thủ công, tính toán dựa vào phần mềm hoặc công thức. Việc tìm, xác định, điều chỉnh thông số PID chính xác bao gồm:
Sử dụng phần mềm chọn thống số PID: Dựa trên thuật toán điều khiển hiệu chỉnh từ phần mềm trong một mô hình thực nghiệm PID ảo, ở đây ta có thể điều chỉnh PID dễ dàng. Vì nó có độ chính xác rất cao, xác định thông số trong điều khiển PID bằng phần mềm được xem là phương án tối ưu.
Phương pháp Ziegler – Nichols: Được xem là một trong những phương pháp chọn ra thông số điều khiển PID hữu hiệu nhất.
Phương pháp kiểm soát thông số pid bằng tay: Hiệu chuẩn thời gian tích phân tương ứng với chu kì dao động tuần hoàn. Là phương thức đưa các giá trị Ki = Kd đồng thời quy chúng về giá trị = 0.
Cách điều khiển PID nhiệt độ
Ưu điểm việc điều khiển PID bằng điện cực kỳ tiện lợi ở chỗ nó có thể hiển thị mức nước trong bồn một cách chính xác theo đơn vị lít hoặc ml. Cách điều khiển PID nhiệt độ chính là cài đặt đầu output điều khiển lượng nước trong bồn một cách liên tục theo chu kỳ nhất định.
Chỉ cần gắn con cảm biến áp lực hoặc con cảm biến nhiệt độ dưới đáy bồn nước và nó sẽ quy đổi áp lực nước ra dòng điện 4-20mA, truyền về con đồng hồ điều khiển tuyến tính PID đã được cài đặt từ trước đó.
Thiết kế bộ điều khiển PID cần quan tâm tới điều gì?
Điều khiển đảm bảo hệ thống chuyển động có khe hở, đáp ứng các chế độ làm việc của hệ truyền động có khe hở, đồng thời cải thiện được chất lượng điều khiển của phương pháp này so với bộ điều khiển PID kinh điển. Vậy, thiết kế bộ điều khiển PID cần quan tâm tới điều gì? Một số vấn đề mà chúng ta cần quan tâm khi thiết kế PID bao gồm:
Các thông số môi trường: Điều làm gia tăng dòng rò PID-p chính là nhiệt độ và độ ẩm. Đây là hai yếu tố ảnh hưởng đến PID của tấm pin nhiều nhất.
Các thông số của cell và tấm pin: Lớp ARC càng dày sẽ làm cho PID càng phát triển mạnh. Tỉ lệ silic và nitơ cùng với độ dày của ARC sẽ ảnh hưởng đến PID. Ngoài ra, lớp chống phản xạ ARC sử dụng vật liệu chính là silic nitrua. Lớp EVA có chứa các loại axit acetic khi kết hợp với nhiệt độ và độ ẩm cao sẽ làm cho các ion từ tấm kính bám nhiều hơn trên bề mặt cell. Bản thân kính cường lực với tỉ lệ natri cacbonat càng cao sẽ làm tăng PID trong hệ thống. Có thể thấy, kính cường lực, lớp EVA, lớp chống phản xạ (ARC) đều là những yếu tố ảnh hưởng đến PID.
Chủng loại inverter: Để giúp cực âm của giàn pin có điện áp so với đất bằng 0 và loại bỏ hoàn toàn PID, chúng ta có thể nối cực âm của giàn pin xuống đất. Sử dụng biến áp đồng nghĩa với việc inverter đã được cách ly DC và AC. Inverter transformer sử dụng biến áp với chức năng nâng điện áp AC lên bằng với điện áp của lưới. Trên thị trường hiện nay phổ biến hai loại inverter là có biến áp (transfomer) và không có biến áp (transfomerless), tùy theo nhu cầu sử dụng mà chúng ta có thể lựa chọn nhanh chóng.
Ứng dụng của thuật toán PID
Một trong những ứng dụng quan trọng của chế độ điều khiển PID của biến tần đó chính là điều khiển đa bơm nhằm ổn định áp suất nước trong đường ống. Ngoài ra, chế độ PID trong biến tần còn được ứng dụng cho một số loại máy móc như máy nén, máy bơm dầu, máy ép nhựa,… Ứng dụng chi tiết của thuật toán PID bao gồm:
- Ứng dụng bộ điều khiển PID trong biến tần.
Để thực hiện điều khiển tự động đối với biến tần, cần chuẩn bị:
– Bộ điều khiển nhiệt độ PID cho van điều khiển.
– Biến tần điều khiển PID cho động cơ.
– Cảm biến nhiệt độ.
– Van điều khiển.
Độ trộn đều dung dịch dựa vào biến tần. Đảm bảo được độ trộn đều và nhiệt độ trong bể, tăng giảm nhiệt độ phụ thuộc vào lưu lượng. Cảm biến nhiệt độ điều khiển tốc độ biến tần và lưu lượng nước khi đi qua van điều khiển.
- Ứng dụng bộ điều khiển PID trong điều khiển mức nước.
PID sẽ so sánh các tín hiệu cài đặt và các thuật toán PID để duy trì được mức nước chính xác. Bộ điều khiển sẽ tự động hoạt động mà không cần đến sự giám sát. Bộ điều khiển PID sẽ nhận tín hiệu từ cảm biến đo mức nước. Sau đó, cài đặt mức nước hiển thị và điều khiển theo yêu cầu. Bộ điều khiển này chạy tự động không cần đến sự can thiệp của con người. Cần có những điều sau:
– Van điều khiển tín hiệu ra nước xả 4-20mA.
– Cảm biến đo mức nước 4-20mA.
– Bộ điều khiển nhận tín hiệu 4-20mA và ngõ ra PID 4-20 mA.
- Ứng dụng bộ điều khiển PID trong điều hòa không khí.
Có nhiều yếu tố xung quanh có thể tác động đến quy trình điều chỉnh các tham số. Một thiết bị tác động trực tiếp điều khiển có nghĩa là các tính toán setpoint trừ biến quy trình (SP-PV). Có nhiều hành động điều khiển khác nhau đối với điều khiển nhiệt độ trong nhà. Một số hệ thống sưởi và điều hòa hiện nay đã sử dụng bộ điều khiển PID để quy định hệ thống.
– Ngoài ra biến điều khiển còn được gọi là biến MV. Bộ phận để làm nóng hay làm mát gọi là biến điều khiển, gọi tắt là CV.
– PV gọi là biến quy trình. Đọc hiện tại từ bộ điều chỉnh nhiệt là 68 độ F.
– SP được gọi là setpoint. Bạn có nhiệt độ trong nhà được đặt mức 70 độ F.
Trên đây là toàn bộ thông tin chi tiết PID là gì, ý nghĩa các thông số PID, cách điều chỉnh thông số PID cũng như ứng dụng của thuật toán PID. Hy vọng bài viết này hữu ích cho cuộc sống của bạn, cảm ơn bạn đã đọc bài viết này!
Xem thêm: RDW là gì? Chỉ số RDW thấp MCV bình thường là bệnh gì?
Thắc Mắc -RDW là gì? Chỉ số RDW thấp MCV bình thường là bệnh gì?
Giá trị sử dụng là gì? Mối liên hệ của giá trị và giá trị sử dụng
Tự ti là gì? Biểu hiện và hậu quả của việc thiếu tự tin
Plot twist là gì? Ý nghĩa và cách tạo plot twist hấp dẫn
Mỏi cơ là gì? Triệu chứng và nguyên nhân của sự mỏi cơ
Lòng hiếu thảo là gì? Vai trò và dẫn chứng về lòng hiếu thảo
Bi quan là gì? Tác hại và cách để thoát khỏi sự bi quan