บทที่02 วิธีการควบคุมระบบ

1. หัวข้ อ
1.ค่ าความคลาดเคลื่อนของระบบ (System Error)
2.ผลตอบสนองของระบบ (System Response)
3.การออกแบบลูปควบคุมกระบวนการ (Control Loop Design)
4.วิธีการควบคุมกระบวนการ
- การควบคุมแบบ ปิด – เปิด (on/off - control)
- การควบคุมแบบ พี (P - control)
- การควบคุมแบบ พีไอ (PI - control)
- การควบคุมแบบ พีดี (PD - control)
- การควบคุมแบบ พีไอดี (PID - control)
วิธีการควบคุมระบบ
วิชา อุปกรณ์วัดและควบคุมในกระบวนการ
Process Instrumentation
ดร.ปรัชญา มงคลไวย์
Dr.PRATYA MONGKOLWAI
PAT.M.

2. 1.ค่าความคลาดเคลื่อนของระบบ (System Error)
รูปที่ 1. บล็อกไดอะแกรมของการควบคุมกระบวนการ
PAT.M.

3. 1.ค่าความคลาดเคลื่อนของระบบ (System Error)
รูปที่ 1. บล็อกไดอะแกรมของการควบคุมกระบวนการ
*ค่าความคลาดเคลื่อน มีค่าเท่ากับ
ผลต่างระหว่างค่าเป้ าหมายที่
ต้องการหรือค่าที่ตั้งไว้(set point)
กับค่าสภาพกระบวนการจริงที่ได้
จากการควบคุม
PAT.M.

4. 2.ผลตอบสนองของระบบ (System Response)
ผลตอบสนองของระบบ (System Response) คือ คุณสมบัติหนึ่งที่บ่งชี้ถึง
ความสามารถของกระบวนการ ที่จะปรับสภาพการทํางานให้กลับเข้าสู่สภาวะสมดุล
ได้อีกครั้ง
โดยทั่วไปผลตอบสนองของระบบที่ดีที่มีเสถียรภาพ (stable) แบ่งออกได้เป็น 2 ลักษณะคือ
แบบไม่มีการหน่วง และแบบที่มีการหน่วง
PAT.M.

5. 3.การออกแบบลูปควบคุมกระบวนการ (Control Loop Design)
Setting time เป็นตัวแปรที่บอก
ให้ทราบว่ากระบวนการที่
สนใจอยู่นั้น จะให้เวลาปรับ
สภาพของระบบเข้าสู่ภาวะ
สมดุลใหม่ มาก หรือน้อยแค่
ไหน
Maximum error หมายถึง การ
เบี่ยงเบนสูงสุดของสภาพ
กระบวนการ
Offset error คือ ค่าความคลาด
เคลื่อนที่หลงเหลืออยู่ใน
กระบวนการ หลังจากที่ระบบ
ได้เข้าสู่สภาพสมดุลใหม่แล้ว
Error area คือบริเวณที่เกิด
จากผลต่างระหว่างกราฟ
ผ ล ต อ บ ส น อ ง ข อ ง
กระบวนการ กับค่าที่ตั้งไว้
PAT.M.

6. 4.วิธีการควบคุมกระบวนการ
การควบคุมแบบ ปิด – เปิด (on/off - control)
คือ การควบคุมกระบวนการในลักษณะที่มี
สภาพกระบวนการเปลี่ยนแปลงเพียงสอง
สภาวะเท่านั้น คือ สภาวะเปิด (on) และสภาวะ
ปิด (off) หรืออาจเรียกได้อีกอย่างว่าการ
ควบคุมแบบสองตําแห่ง (two-position control)
โดยคุณสมบัติการทํางานสามารถอธิบายเป็น
ความสัมพันธ์ได้ดังนี้
การควบคุมแบบ ปิด – เปิด (on/off – control)
PAT.M.

7. 4.วิธีการควบคุมกระบวนการ
ข้อเสีย ของวิธีการนี้ คือ อุณหภูมิที่ได้
จะมีการกระเพื่อมขึ้นลง รอบๆ ค่าที่ตั้ง
ไว้ใช้งาน ซึ่งอาจจะไม่ดีพอสําหรับ
กระบวนการที่ต้องการความแม่นยํา
สูงๆ
*โดยการแกว่งขึ้นลงไปมาแบบนี้เรียกว่า
ออสซิเลชั่น (Oscillation)
การควบคุมแบบ ปิด – เปิด (on/off – control)
PAT.M.

8. 4.วิธีการควบคุมกระบวนการ
การควบคุมแบบสัดส่วน (Proportional Control หรือ P Control)
คือ การควบคุมกระบวนการโดย สร้างสัญญาณควบคุมกระบวนการให้เปลี่ยนแปลงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับค่า
ความคลาดเคลื่อนที่เกิดขึ้น
การควบคุมแบบสัดส่วน (Proportional Control หรือ P Control)
PAT.M.

9. 4.วิธีการควบคุมกระบวนการ
การควบคุมแบบสัดส่วน (Proportional Control หรือ P Control)
PAT.M.

10. 4.วิธีการควบคุมกระบวนการ
การควบคุมแบบสัดส่วน (Proportional Control หรือ P Control)
PAT.M.

11. 4.วิธีการควบคุมกระบวนการ
การควบคุมแบบสัดส่วน (Proportional Control หรือ P Control)
ข้อเสี ย ของวิธี การนี้ คือ ถึงแม้
กระบวนการหยุดนิ่ง ไปปรับค่าขึ้นลงแล้ว
แต่ก็ยังมีค่าความผิดพลาดตกค้างทิ้งไว้ค่า
หนึ่ง Error นี้เรียกว่า Offset Error
*ถึงแม้ว่าจะแก้ปัญหาโดยการตั้งค่า KP ให้สูงขึ้นเพื่อทําให้ค่า
Offset Error ตํ่าลงได้แต่ถ้าค่า KP สูงเกินไปถึงจุดหนึ่งก็จะทํา
ให้กระบวนการเกิดการ Oscillation ได้เช่นกัน
PAT.M.

12. 4.วิธีการควบคุมกระบวนการ
การควบคุมแบบไอ (Integral Control หรือ I Control) มี หลักการทํางาน คือ ให้(ค่าเอาต์พุต) หรืออัตราการเปลี่ยนแปลงของ
ตําแหน่งวาล์วเปลี่ยนแปลงเพิ่มขึ้น หรือลดลงไปเรื่อยๆ ตามค่าความคลาดเคลื่อน e จนกว่าค่าความคลาดเคลื่อนมีค่าคงที่
อัตราการเปลี่ยนแปลงของตําแหล่งวาล์วก็จะหยุดและมีค่าคงที่ด้วย
การควบคุมแบบพีไอ (Proportional-Plus-Integral Control หรือ PI Control)
PAT.M.

13. 4.วิธีการควบคุมกระบวนการ
การควบคุมแบบพีไอ (Proportional-Plus-Integral Control หรือ PI Control)
ข้อเสีย ของวิธีการนี้ คือ มีโอกาสที่
อุปกรณ์ควบคุมยังคงทําการอินทิเกรต
สัญญาณต่อไปเรื่อยๆ จนสัญญาณควบคุม
เกินย่านการทํางานของอุปกรณ์ ปัญหานี้
เรียกว่า “การรีเซตแบบวินอัพ (reset
windup) และยังทํางานช้ากว่าแบบ P
PAT.M.

14. 4.วิธีการควบคุมกระบวนการ
การควบคุมแบบพีดี (Proportional-Plus-Derivative Control หรือ PDControl)
การควบคุมแบบดี (Derivative Control หรือ D Control) มี หลักการทํางาน คือ ให้(ค่าเอาต์พุต) หรืออัตราการเปลี่ยนแปลงของ
ตําแหน่งวาล์วที่มีการแปรผันเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราการเปลี่ยนแปลงค่าความคลาดเคลื่อน e ของกระบวนการ หมายความว่า
อุปกรณ์จะทํางานก็ต่อเมื่อค่าการเปลี่ยนแปลงของความคลาดเคลื่อนเท่านั้น ถ้าไม่มีการเปลี่ยนแปลงตัวควบคุมแบบดีจะเป็น ศูนย์
PAT.M.

15. 4.วิธีการควบคุมกระบวนการ
การควบคุมแบบพีดี (Proportional-Plus-Derivative Control หรือ PDControl)
PAT.M.

16. 4.วิธีการควบคุมกระบวนการ
การควบคุมแบบพีดี (Proportional-Plus-Derivative Control หรือ PDControl)
ข้อเสีย ของวิธีการควบคุมแบบดี คือ ไม่
สามารถนําไปใช้ได้เพียงลําพัง เนื่องต้อง
ทํางานตามค่าความคลาดเคลื่อนเท่านั้น ถ้า
ค่าความคลาดเคลื่อนหยุดนิ่ง ตัวควบคุม
แบบดีก็จะไม่ทํางาน
ส่วนข้อเสียวิธีการควบคุมแบบ พีดี คือ
การไวต่อสัญญาณรบกวนมาก และยังมี
Offset อยู่
PAT.M.

17. 4.วิธีการควบคุมกระบวนการ
การควบคุมแบบพีไอดี (PID Control)
PAT.M.

18. 4.วิธีการควบคุมกระบวนการ
PAT.M.

19. 4.วิธีการควบคุมกระบวนการ (สรุป)
PAT.M.
การควบคุมแบบ ปิด – เปิด (on/off – control)

20. 4.วิธีการควบคุมกระบวนการ (สรุป)
PAT.M.

21. 4.วิธีการควบคุมกระบวนการ (สรุป)
PAT.M.
P-Control
I-Control
D-Control

22. 4.วิธีการควบคุมกระบวนการ (สรุป)
PAT.M.

23. 4.วิธีการควบคุมกระบวนการ (สรุป)
PAT.M.

24. ตําราหลักที่ใช้สอน
PAT.M.
-รศ.ดร.วรพงศ์ ตั้งศรีรัตน์, “การวัดและควบคุมกระบวนการ
(Process Control and Instrumentation)”, สํานักพิมพ์
ส.ส.ท.(สมาคมส่งเสริมเทคโนโลยี ไทย-ญี่ปุ่น), 2550.
-อ.สุชาติ จันทร์จรมานิตย์, เอกสารสอน Control Systems
(ระบบควบคุม), Lecture 6 “Principles of Feedback
Control & PID Controller”