Bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ (bộ điều khiển PID - Proportional Integral Derivative) là một bộ điều khiển thực hiện cơ chế điều khiển phản hồi, được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp. Bộ điều khiển PID sẽ tính toán giá trị "sai số" là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi và giá trị đặt mong muốn. Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào. Trong trường hợp không biết trước mô hình toán học của đối tượng cần điều khiển thì sử dụng bộ điều khiển PID là lựa chọn tối ưu. Tuy nhiên để đạt được kết quả tốt nhất, các thông số PID sử dụng trong tính toán phải điều chỉnh theo tính chất của hệ thống trong khi kiểu điều khiển là giống nhau, các thông số phải phụ thuộc vào đặc thù của hệ thống. Kỹ thuật điều khiển PID tuy không phải là một kỹ thuật điều khiển mới, nhưng lại là kỹ thuật phổ biến nhất chuyên dùng để điều khiển các hệ thống trong công nghiệp như hệ thống lò nhiệt, điều khiển tốc độ, vị trí, moment động cơ AC và DC. Một trong những lý do bộ điều khiển PID trở nên phổ biến như vậy là vì tính đơn giản, dễ triển khai trên những vi xử lý nhỏ Điều khiển PID cho động cơ AC và DC servo được ứng dụng nhiều trong sản xuất công nghiệp, như trong các dây chuyền sản xuất, lắp ráp linh kiện điện tử; máy gia công CNC; robot công nghiệp... có sử dụng thiết bị tự động. Vì vậy nghiên cứu, đào tạo bồi dưỡng về lĩnh vực điều khiển nói chung và điều khiển PID nói riêng đã trở thành vấn đề rất cấp thiết hiện nay. Nghiên cứu về lập trình điều khiển nói chung và PID điều khiển động cơ DC servo nói riêng đã được các cơ sở đào tạo trình độ đại học kỹ thuật quan tâm và đưa vào giảng dạy, các mô hình PID điều khiển động cơ DC servo đã được triển khai ở nhiều trường như Đại học bách khoa Hà Nội, Đại học công nghiệp Hà Nội, Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên... với bậc đào tạo đại học và sau đại học. Tuy nhiên, đối với các trường cao đẳng đào tạo nghề, trình độ tay nghề của học sinh về kỹ thuật điều khiển và tự động hóa còn hạn chế, sau khi ra trường chưa tiếp cận ngay được với các thiết bị máy công nghiệp tự động như máy cắt gọt kim loại CNC, vận hành dây chuyền tự động, robot công nghiệp.

Hiện nay mô hình mô phỏng cấu tạo, nguyên lý của các thiết bị tự động hóa, các bộ điều khiển PID điều khiển động cơ DC servo đã được chế tạo bởi các công ty cung cấp thiết bị đào tạo nghề, tuy nhiên chưa chú trọng đến khả năng mô phỏng nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển, đặc biệt là khả năng khảo sát từng khối của bộ điều khiển PID, vì vậy khó có thể giúp cho học sinh hiểu rõ về phương thức điều khiển. Trước những vấn đề đặt ra cấp bách về chất lượng lao động nghề điện, điện tử, cơ điện tử mà nhà trường hướng tới, đó là củng cố và xây dựng chuẩn đầu ra về đào tạo nghề theo chuẩn năng lực thực hiện, lao động có tay nghề đáp ứng ngay với các dây chuyền sản xuất tự động hóa; tự đổi mới phương pháp và thiết bị dạy học, đưa mô hình mô phỏng thiết bị vào đào tạo nghề. Nhiệm vụ của nhà trường không chỉ là đào tạo mà còn nghiên cứu ứng dụng khoa học kỹ thuật. Chính vì vậy, nhóm nghiên cứu do ThS. Nguyễn Đức Sinh, Trường Cao đẳng Công nghiệp Việt Đức đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, xây dựng mô hình mô phỏng bộ điều khiển PID để điều khiển động cơ DC servo phục vụ đào tạo tại trường Cao đẳng Công nghiệp Việt Đức”.

Sau một thời gian nghiên cứu, Đề tài đã hoàn thành những nội dung nghiên cứu như sau:

1. Phần nghiên cứu:

- Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn của việc ứng dụng các mô hình và phần mềm mô phỏng vào giảng dạy như:

+ Tổng quan về các phương pháp dạy học tích cực

+ Phương pháp mô phỏng trong dạy học

+ Tình hình của việc nghiên cứu, ứng dụng mô phỏng vào dạy học trên thế giới

- Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc của bộ điều khiển PID để điều khiển động cơ DC servo và phạm vi ứng dụng;

- Nghiên cứu xây dựng phần mềm mô phỏng cấu tạo, nguyên lý làm việc của bộ điều khiển PID để điều khiển động cơ DC servo;

- Nghiên cứu thiết kế, lắp ráp mô hình dàn trải hệ thống thiết bị thực hành bộ điều khiển PID để điều khiển động cơ DC servo kết nối với máy tính;

- Xây dựng hệ thống bài tập thực hành và áp dụng kết quả thử nghiệm để phục vụ công tác đào tạo tại trường Cao đẳng Công nghiệp Việt Đức.

2. Sản phẩm đề tài

- Xây dựng được mô hình dàn trải bộ điều khiển PID để điều khiển động cơ DC servo kết nối với máy tính làm việc ổn định và đúng chức năng.

- Thiết kế thành công mô hình mô phỏng cấu tạo, nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển PID để điều khiển động cơ DC servo.

- Xây dựng được nội dung các bài thực hành, thí nghiệm bộ điều khiển PID để điều khiển động cơ DC servo Sản phẩm đề tài đã được đưa vào phục vụ đào tạo lĩnh vực Điện, Điện tử tại Trường CĐCN Việt Đức.

Như vậy, mô hình mô phỏng và mô hình bộ điều khiển PID điều khiển động cơ DC servo kết nối được với máy tính để hiển thị các thông số làm việc: điện áp, dòng điện, tốc độ… của đề tài phù hợp với mục tiêu đào tạo tại trường CĐCN Việt Đức nói riêng và các trường có 2 đào tạo nghề Điện công nghiệp, Điện tử công nghiệp, Cơ điện tử nói chung, góp phần nâng cao khả năng nghiên cứu khoa học của đội ngũ giáo viên, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo lĩnh vực điện, điện tử.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 15541/2018) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

P.T.T (NASATI)