Bộ điều khiển PID là gì? Nguyên lý và ứng dụng của PID

- Bộ điều khiển PID là gì? Bộ điều khiển PID (tên Tiếng Anh là PID controller) là một loại bộ điều khiển phản hồi tự động được sử dụng trong các hệ thống điều khiển tự động. PID là viết tắt của "Proportional-Integral-Derivative", là sự kết hợp của 3 thành phần điều chỉnh: tỷ lệ, tích phân, vi phân. Trong đó:

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

- Bộ điều khiển PID làm giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào. Để đạt được hiệu quả mong muốn bởi thông số của điều khiển PID thì cần thực hiện điều chỉnh theo tính chất hệ thống. Việc điều khiển sẽ giống nhau, còn thông số được phụ thuộc vào đặc thù của hệ thống đó.

Hình 1: Bộ điều khiển PID là gì?

Một hệ thống điều khiển PID bao gồm có các thiết bị như sau:
+ Cơ cấu chấp hành (bao gồm các thiết bị gia nhiệt);
+ Các thiết bị điều khiển và cài đặt như màn hình HMI hay PLC.
+ Các thiết bị hồi tiếp gồm các cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ,…
Sau khi đã chọn được giá trị set point mà ta thường hay gọi là giá trị cài đặt thì sau đó, bộ điều khiển PID sẽ gửi đi những thông tin điều khiển đến từng các cơ cấu chấp hành cũng như các thiết bị điều chỉnh và hồi tiếp. Trong quá trình này, sẽ có hàng loạt các thuật toán diễn ra, các thuật toán này sẽ yêu cầu đóng mở liên tục với thời gian chậm hoặc nhanh, dưới tác động và phụ thuộc vào hệ thống đang làm việc.

Hình 2: Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển PID

Bộ điều khiển PID được phân thành các loại như sau:

- Điều khiển P (Proportional controller): đây là bộ điều khiển tỷ lệ.

- Điều khiển PI (hay còn gọi là Proportional and Integral controller): Đây là bộ điều khiển tỷ lệ và tích phân.

- Điều khiển PD (còn gọi là Proportional and Derivative controller): Đây là bộ điều khiển tỷ lệ và đạo hàm (hay vi phân)

- Điểu khiển PID (Propotional, Integral and Derivative controller): Đây là bộ điều khiển tỷ lệ, tích phân và vi phân. 

- Qua ba phần trên, Bảo An đã giúp các bạn hiểu được về bộ điều khiển PID là gì? Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển PID và một số loại PID phổ biến. Vậy ứng dụng trong thực tế của bộ điều khiển PID là gì? Hãy cùng tìm hiểu trong phần dưới đây: 

- Bộ điều khiển PID có rất nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau do khả năng điều chỉnh linh hoạt và hiệu suất cao của nó. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của bộ điều khiển PID:

+ Ứng dụng trong điều khiển nhiệt độ: PID thường được sử dụng trong các hệ thống điều khiển nhiệt độ như trong lò nung, lò sưởi, hệ thống làm lạnh, hệ thống điều hòa không khí, trong các bộ điều khiển nhiệt độ và các ứng dụng điều khiển nhiệt độ khác.

+ Ứng dụng trong điều khiển vị trí và chuyển động: Trong các hệ thống robot và các thiết bị tự động, PID được sử dụng để điều khiển vị trí, vận tốc và gia tốc của các cơ cấu cơ khí.
+ Ứng dụng trong điều khiển áp suất và dòng chảy: Trong các hệ thống cung cấp nước, hệ thống xử lý chất lỏng, và các quy trình công nghiệp khác, PID được sử dụng để điều khiển áp suất và dòng chảy của chất lỏng hoặc khí.
+ Ứng dụng trong điều khiển độ ẩm: Trong các hệ thống quản lý môi trường như phòng ẩm, nhà kính, hoặc quy trình sản xuất, PID được sử dụng để điều khiển độ ẩm.
+ Ứng dụng trong điều khiển cân bằng độ pH: Trong các quy trình sản xuất hóa chất, thực phẩm và nước uống, bộ điều khiển PID được sử dụng để điều khiển cân bằng pH của dung dịch.
+ Điều khiển tự động trong xe ô tô: PID được sử dụng trong hệ thống điều khiển động cơ và hệ thống lái để cải thiện hiệu suất và độ ổn định của xe ô tô.
+ Ứng dụng điều khiển vận hành trong ngành công nghiệp: Trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như sản xuất, điện lực, và hóa chất, PID được sử dụng để điều khiển quá trình sản xuất và quá trình vận hành.
Những ứng dụng này chỉ là một phần nhỏ trong số rất nhiều ứng dụng của bộ điều khiển PID trong thực tế. Đặc điểm linh hoạt và hiệu suất cao của nó làm cho nó trở thành một công cụ quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Hình 3: Ứng dụng của bộ điều khiển PID

Kết luận:  Qua bài viết trên, Bảo An đã giúp các bạn hiểu được về bộ điều khiển PID là gì? Nguyên lý hoạt động cũng như ứng dụng của bộ điều khiển PID trong thực tế. Hy vọng bài viết sẽ giúp ích cho công việc của bạn.