Đỗ Thị Hoa
Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, Việt Nam
Nguyễn Thị Mến
Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, Việt Nam
Tóm tắt (Abstract)
Các Bộ điều khiển PID (Proportional – Integral – Derivative) là tiêu chuẩn vàng trong điều khiển công nghiệp, chiếm hơn 90% ứng dụng, nhờ ưu điểm về cấu trúc đơn giản và dễ hiệu chỉnh [1]. Tuy nhiên, với các hệ thống nhiệt phức tạp, phi tuyến tính và có độ trễ lớn, bộ PID truyền thống vẫn bộc lộ hạn chế về độ chính xác và tốc độ đáp ứng tối ưu [2]. Việc ứng dụng phần mềm PCT-M để thiết kế và tối ưu các bài thí nghiệm điều khiển nhiệt độ bằng phương pháp PID trên mô hình PCT-M4, nhằm nâng cao chất lượng giảng dạy và nghiên cứu khoa học tại Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh. Hệ thống điều khiển PCT-M4 mô phỏng vòng điều khiển công nghiệp thực thụ, phù hợp với các học phần về điều khiển quá trình và kỹ thuật đo lường [10]. Các kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng, bộ PID tối ưu kết hợp cơ chế Anti-windup cho hiệu suất vượt trội so với các chế độ P, PI, và PD, với độ quá điều chỉnh (Overshoot < 5%), sai số tĩnh xấp xỉ bằng không, và thời gian xác lập ngắn (khoảng 42 giây). Phân tích định lượng bằng chỉ số sai số tích phân có trọng số theo thời gian (ITAE) cho thấy bộ PID tối ưu đạt giá trị thấp nhất (616.6), chứng minh hệ thống đạt trạng thái ổn định cực nhanh và sai số tồn tại rất ngắn [5]. Bài báo đã mô phỏng các thí nghiệm chuẩn hóa, có ý nghĩa ứng dụng cao trong đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao trong lĩnh vực điện tử - tự động hóa.
PID (Proportional-Integral-Derivative) controllers are the gold standard in industrial control, accounting for over 90% of applications due to their simple structure and ease of adjustment, thus widely used in temperature control systems. Based on this, this paper presents the design and evaluation of a PID temperature control system on a PCT-M4 experimental model for training and TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUI, TẬP 03, SỐ 04, 2025 ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA JOURNAL OF SCIENCE AND TECHNOLOGY QUI, VOL.03, № 04, 2025 56 research in automatic control. Comparative experiments between P, PI, PD, and PID modes were conducted under the same operating conditions. The results show that the optimal PID controller combined with an anti-windup mechanism achieved superior performance with short settling time, small overshoot, and near-zero steady-state error. Quantitative evaluation using IAE, ISE, and ITAE indices confirms that the optimal PID configuration provides high control quality and good noise immunity, suitable for the large inertial characteristics of the PCT-M4 temperature system. This research contributes to the development of a standardized set of experiments, improving the effectiveness of teaching practical temperature control in electrical and automation engineering training at Quang Ninh University of Industry.
Tài liệu tham khảo
1. Nguyễn Văn Dư. (2015). Giáo trình Kỹ thuật điều khiển tự động. Nhà xuất bản Sư phạm Kỹ thuật.
2. Hoàng Minh Sơn (2022). Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình (tái bản lần thứ 5). NXB Bách Khoa Hà Nội.
3. TS. Bùi Quý Lực. (2006). Hệ thống điều khiển số trong công nghiệp. Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
4. TS. Bùi Quý Lực. ( 2011). Kỹ thuật điều khiển tự động. NXB Khoa học và kỹ thuật.
5. PGS.TS.Nguyễn Thương Ngô. (2023). Lý thuyết điều khiển tự động thông thường và hiện đại (tập 3). NXB Bách Khoa Hà Nội.
6. TS. Nguyễn Thanh Sơn (chủ biên). (2023). Mô hình hóa, mô phỏng và điều khiển các hệ truyền động điện thông dụng. NXB Bách Khoa Hà Nội.
7. Nguyễn Đức Trung, Nguyễn Minh Hệ, Phan Minh Thụy, quyển 2 (2018). Cơ sở đo lường và lý thuyết điều khiển tự động quá trình công nghệ, NXB Bách Khoa Hà Nội.
8. Wangpeng An, Haoqian Wang, Qingyun Sun, Jun Xu, Qionghai Dai, and Lei Zhang (2018). A PID Controller Approach for Stochastic Optimization of Deep Networks, China.
9. Nise, Norman S. (2015). Control Systems Engineering, 7th Edition, Wiley.
10. Feedback Instruments Ltd. (2020). PCT-M4 Temperature Control Trainer – Technical Manual.
11. National Instruments. (2021). LabVIEW Control Design and Simulation User Guide, NI Press.
12. Dorf, R. C., Bishop, R. H., (2011) Modern Control Systems, 12th Edition, Pearson.
