PID Là Gì? Cấu Tạo Và Ứng Dụng Của Bộ Điều Khiển PID

07-06-2023, 6:00 am

PID là gì? PID được biết đến là bộ điều khiển cơ chế của phản hồi vòng điều khiển. Hiện nay, bộ điều khiển PID được sử dụng rộng rãi và phổ biến. Tuy nhiên, PID là gì, cấu tạo và ứng dụng ra sao thì chưa nhiều người hiểu rõ. Cùng Kangaroo.net.vn tìm hiểu ngay về bộ điều khiển này nhé!

Tìm hiểu về PID

PID là viết tắt của từ Proportional Integral Derivative. Đây là một bộ điều khiển có cơ chế phản hồi vòng điều khiển. PID là sự kết hợp từ 3 bộ điều khiển: tỷ lệ, tích phân và vi phân. Nó được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp, hệ thống điện, tự động hóa, điện tử. Có thể nói, đây là bộ điều khiển được sử dụng rộng rãi và có tính ứng dụng cao nhất.

pid là gì

Bộ điều khiển PID có khả năng tính toán giá trị sai số giữa thông số biến đổi và giá trị đặt. Điều chỉnh sai số thấp nhất có thể, đáp ứng vọt lố và sự dao động.

Ý nghĩa của PID

Trong thực tế, khi bạn muốn điều khiển lò nung ở nhiệt độ 38 độ C và muốn ngắt nhiệt khi đạt ngưỡng đó. Chúng ta sẽ sử dụng PID để tránh tỷ lệ sai số ở đầu ra Output để cho giá trị đo được của hệ thống và giá trị cài đặt sẽ là nhỏ nhất. Từ đó, tạo được sự ổn định và đáp ứng nhanh.

Như đã đề cập ở trên, PID là sự kết hợp của tỷ lệ, tích phân và vi phân. Chúng được hiểu chi tiết như sau:

>> CÓ THỂ BẠN QUAN TÂM : Hệ thống thoát nước đô thị là gì? Phân loại hệ thống thoát nước đô thị  <<

  • P: Là phương pháp điều chỉnh tỷ lệ, tạo ra tín hiệu điều chỉnh tỷ lệ sai lệch đầu vào và thời gian lấy mẫu.
  • I: Là tích phân của thời gian sai lệch khi lấy mẫu. Chỉ số này cho biết tổng sai số tức thời theo thời gian và tích lũy trong quá khứ. Thời gian càng nhỏ thì tác động điều chỉnh tích phân càng mạnh.
  • D: Là vi phân của sai lệch. Chỉ số này tạo ra tín hiệu điều chỉnh cho tỷ lệ với tốc độ thay đổi sai lệch đầu vào. Khi thời gian càng lớn thì phạm vi điều chỉnh càng mạnh.

Ý nghĩa của PID

Ý nghĩa của PID

Khâu hiệu chỉnh trong bộ điều khiển PID

Trong sơ đồ khâu hiệu chỉnh PID có 3 khâu. Chúng tạo thành một tổng thể bởi các biến điều khiển và có ký hiệu là MV

MV(t) = P(out) + I(out) + D(out)

  • Khâu tỷ lệ là độ lợi làm thay đổi các giá trị đầu ra. Nó có tỷ lệ với sai số hiện tại
  • Khâu tích phân là khâu reset. Nó có tỷ lệ với biên độ sai số và thời gian sai số.
  • Khâu vi phân là biên độ của quá trình phân phối vi phân trên tất cả các trạng thái giới hạn bởi độ lợi của vi phân

Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển PID

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 nhận nhiệt độ, cảm biến áp suất)

Sau khi đã chọn giá trị setpoint mà chúng ta hay gọi là SV giá trị cài đặt thì bộ điều khiển sẽ tiến hành gửi đi các thông tin điều khiển đến những thiết bị chấp hành và cơ cấu. Trong quá trình này sẽ có các thuật toán xảy ra. Chúng yêu cầu đóng mở liên tục với thời gian chậm hoặc nhanh, dưới tác động và phụ thuộc vào hệ thống đang làm việc.

Tại sao cần sử dụng bộ điều khiển PID?

Để có thể hiểu về điều khiển PID một cách dễ dàng nhất, chúng ta hãy cùng xét dựa trên một bài toán: Kiểm soát nhiệt độ nước xả ra từ lò sưởi đốt gas công nghiệp.

Kiểm soát nhiệt độ theo phương pháp thủ công

Để kiểm soát nhiệt độ cho nước xả ra từ lò sưởi đốt gas công nghiệp, người vận hành phải xem đồng hồ đo nhiệt độ và điều chỉnh van gas phù hợp. Khi nhiệt độ nước vượt quá yêu cầu, người vận hành phải giảm góc mở van gas nhằm giảm nguyên liệu đốt để giảm nhiệt độ nước xả ra theo giá trị mong muốn. Khi nhiệt độ nước giảm xuống mức yêu cầu thì người vận hành phải tăng góc mở van.

>> CÓ THỂ BẠN QUAN TÂM : Than hoạt tính lọc nước cho giếng khoan gia đình <<

Nhiệm vụ điều khiển do người vận hành thực hiện là điều khiển phản hồi. Khi đó, người vận hành thay đổi tốc độ đốt dựa trên phản hồi từ quá trình đồng hồ đo nhiệt độ. Người vận hành, van, lò sưởi, đồng hồ đo nhiệt độ tạo thành một vòng. Vì vậy, bất kỳ thay đổi người vận hành đối với van gas sẽ là thay đổi nhiệt độ.

Kiểm soát nhiệt độ theo phương pháp tự động

Sử dụng bộ điều khiển PID sẽ giúp chúng ta dễ dàng kiểm soát được nhiệt độ và thực hiện chính xác hơn. Để sử dụng bộ điều khiển này, các công việc cần thực hiện như sau:

  • Sử dụng thiết bị đo nhiệt độ điện tử
  • Sử dụng van điều khiển điện tử
  • Sử dụng bộ điều khiển PID và thiết lập, kết nối với thiết bị đo nhiệt độ và van điều khiển điện tử.

Ở phương pháp này, người vận hành thiết lập tham số điểm đặt cho bộ điều khiển PID ở nhiệt độ mong muốn và đầu ra của bộ điều khiển là đặt vị trí van điều khiển. Cảm biến nhiệt độ là biến quá trình rồi được chuyển đến bộ điều khiển PID. Bộ điều khiển so sánh giá trị nhiệt độ nhận được từ cảm biến với giá trị nhiệt độ điểm đặt ban đầu và tính toán chênh lệch hoặc sai số giữa hai tín hiệu.

Sử dụng PID để điều khiển nhiệt độ

Sử dụng PID để điều khiển nhiệt độ

Từ việc tính toán các sai số và các hãng số điều chỉnh, PID tính toán đầu ra thích hợp để điều khiển góc mở van ở vị trí chính xác. Từ đó, giữ nhiệt độ luôn nằm tại giá trị điểm đặt. Nếu nhiệt độ tăng trên điểm đặt thì bộ điều khiển sẽ giảm góc mở van và ngược lại.

Các loại bộ điều khiển PID

Chúng ta có 4 loại PID như sau:

  • P – bộ điều khiển tỷ lệ
  • PI – bộ điều khiển tỷ lệ và tích phân
  • PD – bộ điều khiển tỷ lệ và đạo hàm
  • PID – bộ điều khiển tỷ lệ, tích phân và đạo hàm

Ứng dụng của bộ điều khiển PID

Ứng dụng trong điều hòa không khí

Hiện nay, một số hệ thống sưởi và điều hòa đã sử dụng bộ điều khiển PID để quy định hệ thống

  • Cài đặt nhiệt độ trong nhà ở mức 27 độ C. Cài đặt này được gọi là Setpoint, gọi tắt là SP
  • Đọc hiện tại từ bộ điều chỉnh nhiệt là 68 độ F. Đây là biến quy trình, gọi tắt là PV
  • Bộ phận làm nóng hay mát gọi là biến điều khiển, gọi tắt là CV hoặc MV.

Có rất nhiều hành động điều khiển khác nhau đối với điều khiển nhiệt độ trong nhà. Khi một thiết bị tác động trực tiếp điều khiển có nghĩa là các tính toán Setpoint trừ biến quy trình (SP – PV).

Ứng dụng trong nước

Bộ điều khiển này chạy tự động không cần đến sự can thiệp của con người. Để điều khiển mức nước, cần những điều sau:

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

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. Khi bộ điều khiển hoạt động, sẽ không cần đến sự giám sát. PID sẽ so sánh các tín hiệu cài đặt và các thuật toán PID để duy trì được mức nước chính xác.

Ứng dụng trong biến tần

Để thực hiện điều khiển tự động trong biến tần, chúng ta cần chuẩn bị:

  • Van điều khiển
  • 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 điều khiển tốc độ biến tần và lưu lượng nước khi đi qua van điều khiển. Đảm bảo được độ trộn đều và nhiệt độ trong bể, tăng giảm nhiệt độ phụ thuộc vào lưu lượng. Độ trộn đều dung dịch dựa vào biến tần.

Ứng dụng của bộ điều khiển PID ngày càng đa dạng và được sử dụng phổ biến. Đem lại hiệu quả cao, giúp ích vào đời sống cho chúng ta. Để tìm hiểu những thông tin thú vị khác, truy cập ngay website Kangaroo.net.vn nhé!

 [CodeFormInfo]

 

Bài viết khác

Sản phẩm đã xem

Document
Chat ngay qua Messenger Chat ngay qua Zalo