Trong hệ thống điều khiển công nghiệp, bộ điều khiển là thiết bị quan trọng nhằm thực hiện việc điều chỉnh, điều khiển đối tượng được điều khiển. Trong số đó, bộ điều khiển-tích phân (PI) tỷ lệ là bộ điều khiển được sử dụng phổ biến, có vai trò xử lý tín hiệu lỗi thông qua các liên kết tỷ lệ và tích phân để thực hiện điều khiển chính xác đối tượng được điều khiển. Theo các phương thức kết nối khác nhau của liên kết tỷ lệ và tích phân, bộ điều khiển PI có thể được phân thành hai loại: bộ điều khiển PI loại-nối tiếp và bộ điều khiển PI loại-song song. Bài viết này sẽ so sánh và phân tích hai loại bộ điều khiển PI này.
I. Bộ điều khiển PI dòng
Bộ điều khiển PI sê-ri đề cập đến liên kết tỷ lệ và liên kết tích phân nối tiếp, nghĩa là tín hiệu lỗi trước tiên được xử lý bằng liên kết tỷ lệ và sau đó bằng liên kết tích phân.
Các đặc điểm của bộ điều khiển PI loại nối tiếp là:
1. Đầu ra của các liên kết tỷ lệ và tích phân được cộng lại với nhau thành đầu ra của bộ điều khiển. Do đó, đầu ra của bộ điều khiển PI nối tiếp tỷ lệ thuận với kích thước của tín hiệu lỗi và tỷ lệ nghịch với tốc độ thay đổi của tín hiệu lỗi.
2. Độ lợi tỷ lệ và độ lợi tích phân của bộ điều khiển PI dòng có thể được điều chỉnh độc lập, do đó có thể điều chỉnh theo nhu cầu thực tế.
3. Tốc độ đáp ứng của bộ điều khiển PI loại nối tiếp nhanh hơn nhưng có hiện tượng vượt mức. Khi tín hiệu lỗi lớn, đầu ra của bộ điều khiển sẽ tăng nhanh, dẫn đến tốc độ phản hồi của đối tượng được điều khiển quá nhanh, thậm chí có hiện tượng vọt lố.
II. Bộ điều khiển PI loại song song
Bộ điều khiển PI song song đề cập đến các liên kết tỷ lệ và tích phân được kết nối song song với nhau, nghĩa là tín hiệu lỗi được xử lý bởi các liên kết tỷ lệ và tích phân cùng một lúc.
Bộ điều khiển PI loại song song được đặc trưng bởi:
1. Đầu ra của các liên kết tỷ lệ và tích phân được cộng lại với nhau thành đầu ra của bộ điều khiển. Do đó, đầu ra của bộ điều khiển PI song song tỷ lệ thuận với kích thước của tín hiệu lỗi và tỷ lệ nghịch với tốc độ thay đổi của tín hiệu lỗi.
2. Độ lợi tỷ lệ và độ lợi tích phân của bộ điều khiển PI song song có thể được điều chỉnh độc lập, do đó có thể điều chỉnh theo nhu cầu thực tế.
3. Tốc độ đáp ứng của bộ điều khiển PI loại song song chậm nhưng không có hiện tượng vượt mức. Do các liên kết tỷ lệ và tích phân đồng thời tác động lên tín hiệu lỗi nên đầu ra của bộ điều khiển sẽ không tăng nhanh, tránh xảy ra tốc độ phản hồi quá nhanh và hiện tượng vọt lố của đối tượng được điều khiển.
III. So sánh bộ điều khiển PI loại-sê-ri và bộ điều khiển PI loại-song song
1. Tốc độ phản hồi:tốc độ phản hồi của bộ điều khiển PI loại-sê-ri nhanh hơn, trong khi tốc độ phản hồi của bộ điều khiển PI loại-song song chậm hơn. Điều này là do các liên kết tỷ lệ và tích phân của bộ điều khiển PI nối tiếp được kết nối nối tiếp và thời gian xử lý tín hiệu lỗi ngắn hơn; trong khi các liên kết tỷ lệ và tích phân của bộ điều khiển PI song song được kết nối song song và thời gian xử lý tín hiệu lỗi lâu hơn.
2. Hiện tượng vượt mức:Bộ điều khiển PI nối tiếp có hiện tượng vọt lố, trong khi bộ điều khiển PI song song không có hiện tượng vọt lố. Điều này là do khi độ lợi tỷ lệ của bộ điều khiển PI nối tiếp lớn sẽ dẫn đến đầu ra của bộ điều khiển tăng nhanh, khiến tốc độ phản hồi của đối tượng được điều khiển quá nhanh và xảy ra hiện tượng vọt lố; và khi độ lợi tỷ lệ của bộ điều khiển PI song song nhỏ thì có thể tránh được tình trạng này.
3. Tính ổn định:độ ổn định của bộ điều khiển PI loại{0}}sê-ri kém và độ ổn định của bộ điều khiển PI loại song song tốt hơn. Điều này là do mức tăng tỷ lệ và mức tích phân của bộ điều khiển PI loại chuỗi- là độc lập, khi mức tăng tỷ lệ quá lớn hoặc mức tăng tích phân quá nhỏ, rất dễ gây mất ổn định hệ thống; và mức tăng tỷ lệ của bộ điều khiển PI song song và mức tăng tích phân là ảnh hưởng lẫn nhau, có thể đảm bảo tốt hơn sự ổn định của hệ thống.
4. Điều chỉnh thông số:Độ lợi tỷ lệ và độ lợi tích phân của bộ điều khiển PI nối tiếp có thể được điều chỉnh độc lập, trong khi độ lợi tỷ lệ và độ lợi tích phân của bộ điều khiển PI song song cũng có thể được điều chỉnh độc lập. Tuy nhiên, do tồn tại hiện tượng vọt lố trong bộ điều khiển PI nối tiếp nên cần hạn chế độ lợi tỷ lệ trong ứng dụng thực tế; trong khi bộ điều khiển PI song song không có hiện tượng vọt lố nên có thể điều chỉnh độ lợi tỷ lệ và độ lợi tích phân linh hoạt hơn.
Tóm lại, bộ điều khiển PI nối tiếp và bộ điều khiển PI song song đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Trong các ứng dụng thực tế, nên chọn loại thích hợp theo đặc điểm của đối tượng được kiểm soát và yêu cầu điều khiển. Nếu bạn cần phản hồi nhanh và độ chính xác điều khiển lớn, bạn có thể chọn bộ điều khiển PI dòng; nếu bạn cần hiệu suất điều khiển ổn định và độ vọt lố nhỏ, bạn có thể chọn bộ điều khiển PI song song. Ngoài ra, hiệu suất điều khiển có thể được cải thiện hơn nữa bằng cách điều chỉnh thông số hợp lý và thiết kế tối ưu.