1. บทที่ 1
บทนํา(Introduction)
1.1 คํานํา
กอนอื่นเรามาหาความหมายของคําวา "control" คืออะไรกอน ถาจะเปดดูความหมาย
ของคํานี้ในหนังสือพจนานุกรมภาษาอังกฤษก็จะไดความหมายวา "device for regulation
machine" ซึ่งเปนความหมายที่ใหคําอธิบายไดคอนขางดีมาก คําวา "device" ในที่นี้จะมี
ความหมายวาอุปกรณแยกตางหาก ซึ่งถาจะแปลเปนความหมายรวมๆ ก็อาจจะแปลไดวา
อุปกรณหรือเครื่องมือที่ใชงาน สวนคําวา control คือควบคุมหรือขั้นตอนวิธีการควบคุมที่ทําให
เครื่องจักรกลมีพฤติกรรมเปนไปตามที่ตองการ ดังนั้น ความหมายโดยรวมของคําวา "control"
คือ อุปกรณสําหรับใชในการควบคุมเครื่องจักรกลใหมีพฤติกรรมเปนไปตามที่ตองการ
รูปที่ 1.1.1 เปนตัวอยางของระบบควบคุมอุณหภูมิในหองซึ่งประกอบดวยหองที่ตองการ
ควบคุมความรอนหรือควบคุมอุณหภูมิ ในที่นี้จะเรียกวาพลวัตของอากาศในหองวาระบบที่
ตองการจะควบคุมหรือบางครั้งจะเรียกระบบที่ตองการจะควบคุมวาพลานต “plant” สําหรับ
อุปกรณเทอรมอคัปเปล (thermocouple) ที่ใชสําหรับวัดอุณหภูมิในหอง ซึ่งสวนมากแลว
อุณหภูมิที่วัดไดจะอยูในรูปแบบของสัญญาณแรงดันไฟฟา สัญญาณที่วัดไดนี้จะนําไป
เปรียบเทียบกับสัญญาณแรงดันไฟฟาที่แทนคาอุณหภูมิที่เราตองการได จะไดคาความผิดพลาด
ของอุณหภูมิในรูปแบบของแรงดันไฟฟา ชุดอุปกรณควบคุมหรือตัวควบคุม (controller) จะ
แปลงคาสัญญาณความผิดพลาดดังกลาวนี้โดยใชกฎเกณฑที่ไดจากการออกแบบระบบควบคุม
เพื่อใหเปนสัญญาณควบคุมที่เหมาะสมที่จะสงไปยังตัวทําความรอนหรือ “heater” เพื่อสราง
ความรอนใหไดปริมาณที่ตองการตามกฎเกณฑที่ไดออกแบบไว นอกจากนั้นจะเห็นวาการ

2. 2
Introduction
เปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายนอกหองซึ่งในที่นี้ถือเปนสัญญาณรบกวน เนื่องจากวาถาอุณหภูมิ
ภายนอกมีการเปลี่ยนแปลงแลวหมายถึงความแตกตางของอุณหภูมิภายในหองและนอกหอง
เปลี่ยนแปลงไปดวย ทําใหอัตราการถายเทความรอนออกจากหองไปสูบริเวณรอบ ๆ นั้นไม
เทากันทําใหยุงยากตอการควบคุมอุณหภูมิในหองดวยวิธีปรับแตงดวยคน (manual control) แต
ถาใชระบบควบคุมแบบอัตโนมัติแลว การปรับแตงนี้จะขึ้นอยูกับกฎเกณฑที่ไดออกแบบไวในตัว
ควบคุมซึ่งจะทําใหการปรับแตงนี้เปนไปอยางอัตโนมัติ จะเห็นวาอุณหภูมิในหองจะคงที่ก็ตอเมื่อ
ความรอนที่สรางขึ้นจากตัวทําความรอนนั้นจะตองเทากับความรอนที่ถายเทออกนอกหองผาน
ผนังหองดังกลาว
Environment
Temperature
Te
Process
Temperature,
T
Kth
+
-
edesired
ethe(t)
Actuator
KEb
ebEb
R
Heater
Thermocouple
ชุดอุปกรณ
ควบคุม
หองควบคุมความ
รอน+ +
+
-
E(s)
Te(s)
Eth(s)
Edesired
อุปกรณตรวจรู
(sensor)
T(s)
อุณหภูมิที่ตองการใน
รูปของแรงดันไฟฟา
อุณหภูมิที่วัดไดในรูป
ของแรงดันไฟฟา
คาความผิดพลาด
ของอุณหภูมิในรูป
ของแรงดันไฟฟา
PlantController
Thermocouple
คาอุณหภูมิภายนอกหอง
ในรูปของแรงดันไฟฟา
รูปที่ 1.1.1 ระบบควบคุมอุณหภูมิในหอง

3. 3
บทนํา
เครื่องซีเอ็นซี (CNC Machine)
เครื่องซีเอ็นซี คือเครื่องมือกลที่สามารถทํางานไดโดยระบบควบคุมอัตโนมัติ พื้นฐานของ
ระบบควบคุมอัตโนมัตินี้ก็จัดเปนระบบควบคุมพลศาสตรแบบวงปดนั่นเอง เครื่องซีเอ็นซีชนิด
ตาง ๆ มีหลักการทํางานพื้นฐานคลายคลึงกัน รูปที่ 1.1.2 เปนตัวอยางของเครื่องซีเอ็นซีแบบ
เซาะรอง (Computer Numerical Control Milling Machine) โดยที่องศประกอบของเครื่อง
ซีเอ็นซีจะประกอบดวย 2 สวนใหญ ๆ สวนที่ 1 คือสวนของตัวเครื่องจักรกลหรือโครงสรางที่มี
สวนประกอบที่สามารถเคลื่อนที่ไดในทิศทางตาง ๆ เชน ตามแนวแกน x, y และ z ในการ
ควบคุมตําแหนงของการเคลื่อนที่ของหัวกัดดังแสดงในรูปนั้น เปนการควบคุมตําแหนงพิกัดเปน
ตัวเลขหรือที่เรียกวา numerical control การควบคุมตําแหนงของหัวกัดอาจจะทําไดโดยการ
ควบคุมการเคลื่อนที่ของหัวกัดโดยตรง หรือการควบคุมโตะจับชิ้นงานแทน หรือเกิดจากการ
ผสมระหวางการควบคุมตําแหนงของหัวกัดในบางทิศทางและควบคุมตําแหนงของโตะจับ
ชิ้นงานบางทิศทาง เปนตน และสวนที่ 2 คือสวนที่เปนคอมพิวเตอรที่ใชในการควบคุมตําแหนง
ของหัวกัดดังกลาวใหมีความแมนยํามากขึ้นและทําใหการควบคุมเปนไปไดสะดวกยิ่งขึ้น เชน
สามารถควบคุมความเร็ว สามารถควบคุมการเคลื่อนที่ในลักษณะตาง ๆ กัน เชน การเคลื่อนที่
จากตําแหนงหนึ่งไปยังอีกตําแหนงหนึ่งที่ความเร็วสูงสุด (rapid motion) การเคลื่อนที่แบบเปน
เสนตรง (straight line motion) และการเคลื่อนที่ตามทิศทางและเสนทางเดินที่กําหนด
(continuous path motion) โดยเครื่องซีเอ็นซีนี้จะประกอบดวยสวนคอมพิวเตอรที่สามารถ
แปลงรหัสที่สรางขึ้นจากการเขียนขึ้นเอง (manual) หรือจากการใชโปรแกรมคอมพิวเตอรที่
เรียกวาโปรแกรมแคดแคม หรือ CAD/CAM (Computer Aided Design and Computer Aided
Manufacturing) ในรูปที่ 1.1.3 แสดงสวนประกอบการทํางานของระบบควบคุมการทํางานของ
เครื่องซีเอ็นซี โดยที่ระบบควบคุมจะทําหนาที่ในการรับขอมูลที่อยูในรูปของรหัสหรือชุดคําสั่ง
และทําการแปลงขอมูลรหัสหรือชุดคําสั่งนั้นใหอยูในรูปของคาพิกัดของหัวกัดงานและฟงกชัน
ควบคุมสภาพการทํางานของเครื่องจักร เชน คาความเร็วของการหมุนของหัวกัด
(spindle speed) ความเร็วของการกัด (feed rate) การเปด/ปดน้ําหลอเย็น (cooling system)
และการเปลี่ยนหัวกัด (tool changer)
รูปแผนผังแสดงสวนประกอบการทํางานของระบบควบคุมการทํางานของเครื่องซีเอ็นซีที่
แสดงไวในรูปที่ 1.1.3 นั้น จะเห็นวาเครื่องซีเอ็นซีประกอบดวย 2 สวน สวนทางดานขวามือคือ
ตัวเครื่องจักร และสวนทางดานซายมือคือ สวนของระบบควบคุมหรือ CNC controller โดยที่ทั้ง

4. 4
Introduction
2 สวนนี้จะเชื่อมตอกันดวยระบบควบคุมตําแหนงของหัวกัดและระบบควบคุมสภาพการทํางาน
ของเครื่องจักร โดยมีชุดคําสั่งที่ใชในการควบคุมการทํางานดังกลาว ระบบควบคุมของเครื่อง
ซีเอ็นซี (CNC controller) จะทําหนาที่แปลงรหัสที่อยูในรูปแบบของชุดคําสั่ง หรือรหัสควบคุม
การทํางาน โดยจะแยกคําสั่งที่ไดรับจากรหัสดังกลาวออกเปน 2 สวน คือ สวนที่เกี่ยวกับพิกัด
ของหัวกัด เชน ตําแหนงพิกัด x, y, z ในระบบ 3 มิติ และสวนที่เกี่ยวกับควบคุมสภาพการ
ทํางานของเครื่องจักร เชน ความเร็วในการหมุนของหัวกัด ความเร็วในการเคลื่อนที่ของหัวกัด
การเลือกหัวกัด คําสั่งดังกลาวจะถูกสงไปยังชุดควบคุมที่เกี่ยวของเพื่อสั่งใหเครื่องจักรกล
เคลื่อนที่ไปยังตําแหนงที่ตองการโดยมีสภาพการทํางานตามที่กําหนด จากที่กลาวมาแลววา
ชุดคําสั่งที่ใชในการควบคุมการทํางานของเครื่องซีเอ็นซีนั้นอาจจะเขียนขึ้นเองหรือใชโปรแกรม
แคดแคมชวยในการสรางรหัส และสงผานขอมูลจากภายนอกสูเครื่องซีเอ็นซี สามารถสงผาน
โดยใชชองสื่อสาร (communication port) หรือผานชองที่เรียกวา อารเอส-232 ซี (RS-232C)
รูปที่ 1.1.4 แสดงการเชื่อมตอและการสงผานขอมูลเขาไปยังเครื่องซีเอ็นซีในรูปของโปรแกรม
รหัสหรือชุดคําสั่งควบคุม
รูปที่ 1.1.2 เครื่องจักรซีเอ็นซี

5. 5
บทนํา
รูปที่ 1.1.3 สวนประกอบการทํางานของระบบควบคุมการทํางานของเครื่องซีเอ็นซี
รูปที่ 1.1.4 การเชื่อมโยงและวิธีการสงผานขอมูลรหัสเขาไปยังเครื่องซีเอ็นซี

6. 6
Introduction
โปรแกรมที่ใชคอมพิวเตอรชวยในการออกแบบหรือ CAD (Computer Aided Design) จะ
มีสวนสําคัญเปนอยางมากในการสรางแบบจําลอง 3 มิติ โดยเฉพาะชิ้นงานที่ออกแบบมีรูปราง
สลับซับซอน ดังเชนตัวอยางที่แสดงในรูปที่ 1.1.5 จะเห็นวาโปรแกรมแคดจะชวยใหการ
ออกแบบดังกลาวเปนไปไดสะดวกและถูกตองแมนยํามากขึ้น และในกรณีที่ตองการผลิตชิ้นงาน
ดังกลาวเปนไปไมไดเลยที่จะสรางรหัส-จี (G-code) จากรูปชิ้นงาน 3 มิติที่มีรูปรางสลับซับซอน
จึงจําเปนตองใชคอมพิวเตอรมาชวย โปรแกรมคอมพิวเตอรดังกลาวเรียกวาโปรแกรมแคม
(CAM) มาชวยในการสรางชุดคําสั่งที่ใชสําหรับควบคุมเครื่องซีเอ็นซีเพื่อใชสําหรับผลิตชิ้นงาน
ดังกลาว รูปที่ 1.1.5 นี้แสดงลําดับขั้นตอนการทํางานของการใชโปรแกรมแคดแคม โดยที่
โปรแกรมแคดจะชวยในการสรางแบบจําลอง 3 มิติในลักษณะของรูปทรงตัน (solid model) และ
รูปทรงพื้นผิว (surface model) หลังจากนั้นโปรแกรมแคมจะอานขอมูลแบบจําลอง 3 มิติที่เปน
รูปทรงตันหรือรูปทรงพื้นผิวที่สรางขึ้นจากโปรแกรมแคด เพื่อจะนํามาหาเสนทางเดินของหัวกัด
ผลลัพธที่ไดจากโปรแกรมแคมจะเปนชุดคําสั่งรหัส-จีเพื่อสงตอไปยังเครื่องซีเอ็นซีตอไปสําหรับ
ผลิตชิ้นงานสุดทาย
แบบจําลองจาก
โปรแกรมแคด
ทางเดินหัวกัดจากโปรแกรมแคม ชิ้นงานจากเครื่องซีเอ็นซี
รูปที่ 1.1.5 ขั้นตอนการใชโปรแกรมแคด/แคม (CAD/CAM)
ที่บริเวณดานลางของรูปที่ 1.1.3 แสดงระบบควบคุมตําแหนงของเครื่องกัดซีเอ็นซี รูปที่
1.1.6 เปนแผนภาพบล็อกไดอะแกรม (block diagram) ที่แสดงการทํางานของเครื่องกัดซีเอ็นซี
จากรูปจะเห็นวา ตัวควบคุมหรือ “controller" จะทําหนาที่แปลงสัญญาณผิดพลาดของตําแหนงที่
ตองการใหหัวกัดเคลื่อนที่ไปถึงกับตําแหนงจริงที่วัดได ใหอยูในรูปของสัญญาณที่ใชในการ
ควบคุมมอเตอรโดยอาศัยกฎเกณฑที่ไดออกแบบไวในตัวควบคุม เพื่อบังคับใหมอเตอร

7. 7
บทนํา
ขับเคลื่อนแทนโตะ (table) ไปยังตําแหนงที่ตองการ เมื่อคาสัญญาณความผิดพลาดเปนศูนย
ชุดควบคุมก็จะหยุดการทํางาน ในรูปที่ 1.1.3 แสดงสัญญาณรบกวนประเภทตาง ๆ เชน ความ
เสียดทาน แรงตานจากการแรงกัดชิ้นงาน ที่มีผลกระทบกับความแมนยําในการควบคุมการ
เคลื่อนที่ของหัวกัด ดังนั้น ตัวควบคุมจะตองสามารถชดเชยสัญญาณรบกวนตาง ๆ เพื่อใหระบบ
มีความแมนยําตามที่ตองการ หัวใจสําคัญของการเรียนวิชานี้คือ การออกแบบระบบควบคุมที่
เหมาะสมเพื่อใชในการควบคุมระบบโดยมีเปาหมายเพื่อใหระบบที่ถูกควบคุมสามารถทํางานได
ตามที่ตองการหรือตามที่ออกแบบไว
รูปที่ 1.1.6 แผนผังของการทํางานของระบบควบคุมตําแหนงของเครื่องซีเอ็นซี
จากตัวอยางขางตนจะเห็นวา การควบคุมระบบ คือ การควบคุมคาตัวแปรของระบบ
(system variable) ใหมีลักษณะเปนไปตามที่ตองการ ตัวแปรของระบบซึ่งตอไปในบทหลังจะ
เรียกวา ปริภูมิสเตต (state variable) ระบบควบคุมตาง ๆ จะประกอบดวยตัวแปรที่ตองการ
ควบคุมแตกตางกันไป คาตัวแปรของระบบที่ตองการควบคุมเหลานี้อาจจะเรียกวา ตัวแปรที่
ตองการจะควบคุม (controlled variables) ตัวอยางของตัวแปรของระบบในระบบควบคุมตาง ๆ
เชน
อุณหภูมิ (temperature)
แรงดัน (voltage)
ความถี่ (frequency)
อัตราการไหล (flow rate)

8. 8
Introduction
กระแส (current)
ตําแหนง (position)
ความเร็ว (speed or velocity)
ความสองสวาง (illumination)
ความสูงหรือความลึก (altitude or depth)
และยังมีคาตัวแปรระบบอยางอื่นอีกมาก วิธีการที่จะควบคุมตัวแปรระบบหรือปริภูมิสเตตเหลานี้
ใหเปนไปตามวัตถุประสงคที่ตองการนั้นก็แบงออกเปน 2 แบบดวยกัน คือ การควบคุมแบบวง
เปด (open-loop control) และการควบคุมแบบวงปด (closed-loop control)
การควบคุมแบบวงเปด โดยทั่วไปแลวระบบที่ตองการจะปรับแตงจะถูกปรับจนกระทั่ง
ผลตางระหวางคาที่ตองการ (desired set point) กับคาที่ออกจากระบบ (measured data) ที่
กําลังถูกควบคุมใหมีคานอยที่สุด โดยหวังวาระบบที่ทําการปรับแตงหรือทําการควบคุมอยูนี้จะ
ทํางานตามที่ไดปรับแตงนี้ตลอดเวลาเมื่อตองการใหทํางาน เชน ตัวอยางในรูปที่ 1.1.7 (ก) ซึ่ง
เปนรูปบล็อกไดอะแกรม (block diagram) ที่แสดงหลักการเบื้องตนสําหรับการควบคุมแบบวง
เปด ตัวอยางเชน
- ระบบควบคุมตําแหนงของสเตปปงมอเตอร (stepping motor) ซึ่งจะเห็นวา ตําแหนง
จริงที่มอเตอรเคลื่อนที่ไปนั้นสวนมากจะไมมีการตรวจวัด ตัวควบคุมการทํางานของ
มอเตอรจะออกคําสั่งเปนจํานวนขั้น (step) หรือจํานวนพัลส (pulse) คําสั่ง 1 พัลส
หมายถึงมอเตอรเคลื่อนที่ไป 1 ขั้น คําสั่งนี้จะถูกแปลงเปนขนาดหรือระยะทางที่
มอเตอรจะเคลื่อนที่ไปยังตําแหนงที่ตองการ สวนมอเตอรนั้นเมื่อไดรับคําสั่งนี้แลวก็จะ
เคลื่อนที่ไปตามจํานวนขั้นที่ไดรับคําสั่ง โดยคาดหวังวาผลที่ไดรับเปนไปตามความ
ตองการ โดยไมมีการขามขั้นหรือเรียกภาษาอังกฤษวา “miss step”
- งานการประกอบชิ้นสวนดวยหุนยนตอุตสาหกรรม อุปกรณชุดประกอบชิ้นสวนนี้จะ
ทํางานไปตามวิธีการ (routine) ซ้ํา ๆ กัน เชน การหยิบของขึ้นจากสายพาน
ลําเลียง และนําชิ้นสวนที่หยิบแลวนั้นไปใสไวในกระบะ (bin) หรือนําไปสวมเขากับ
ชิ้นงานอื่น หุนยนตอุตสาหกรรมนี้จะถูกสอนใหมีการเคลื่อนที่ที่เหมาะสม เพื่อให
ทํางานซ้ํา ๆ กันนี้ตลอดทั้งวัน การทํางานเชนนี้ถาระบบทํางานไมมีระบบตัวตรวจ
รู (sensor system) ที่คอยตรวจวัดหรือตรวจสอบการทํางาน เมื่อมีเหตุที่ทําให

9. 9
บทนํา
หุนยนตอุตสาหกรรมเกิดทํางานผิดพลาดก็จะทําใหระบบทั้งหมดเสียหายได วิธีการ
แกไขและวิธีการชวยปรับคาความผิดพลาดใหมีคานอยที่สุดสามารถทําไดโดยการ
ติดตั้งระบบตัวตรวจรู (sensor system) เพื่อตรวจสอบสถานะการทํางานตลอดการ
ทํางานของระบบ
- เครื่องซักผาและเครื่องตากผาอัตโนมัติ อุปกรณเหลานี้จะมีตัวควบคุมที่ถูกโปรแกรม
ไวเพื่อใหควบคุมลําดับขั้นตอนการทํางานและสามารถปดเครื่องเองไดโดยอัตโนมัติ
เมื่อสําเร็จขั้นตอนตาง ๆ ในการทํางานแลว
ตัวควบคุมแบบขยายสัญญาณ เครื่องจักรกลหรือกระบวนการ
คําสั่งหรือ
จุดปรับตั้ง
ตัวแปรถูกควบคุม
(ก)
ตัวควบคุมแบบขยายสัญญาณ เครื่องจักรกลหรือกระบวนการ
คําสั่งหรือ
จุดปรับตั้ง ตัวแปรถูกควบคุม
+
-
สัญญาณป้ อนกลับ

(ข)
รูปที่ 1.1.7 บล็อกไดอะแกรม (block diagram)
(ก) ระบบควบคุมแบบวงเปด (open-loop control system)
(ข) ระบบควบคุมแบบวงปด (closed-loop control system)
ระบบควบคุมแบบวงปด (closed-loop or feedback control system) ทํางานไดขึ้นอยู
กับหลักการงายๆ ดังนี้คือ
1) วัดคาตัวแปรที่ตองการจะควบคุม
2) เปรียบเทียบคาที่วัดไดนี้กับคาที่ตองการเพื่อหาความแตกตาง

10. 10
Introduction
3) ใชคาความแตกตางที่คํานวณหามาไดนี้เพื่อปรับคาตัวแปรควบคุม (controlled
variables) จนกระทั่งคาความแตกตางนี้นอยลงเรื่อย ๆ จนมีคาเปนศูนย
จากรูปที่ 1.1.7 (ข) แสดงถึงหลักการของระบบควบคุมแบบวงปด ตัวอยางของระบบ
ควบคุมแบบวงปดนั้นมีมากมายมหาศาล เชน การควบคุมเทอรมอสแตต (thermostat control)
ของอุณหภูมิในหอง หรือตูเย็น หรือเตาอบ ซึ่งระบบเหลานี้จะวัดคาอุณหภูมิเพื่อเปรียบเทียบกับ
คาอุณหภูมิที่ตองการ โดยนําผลตางที่ไดเพื่อไปเปด/ปดแหลงกําเนิดความรอน (heat source or
heat sink) ตัวอยางอื่น ๆ เชน การควบคุมตําแหนงของการเคลื่อนที่ของแขนหุนยนต
อุตสาหกรรม โดยติดตั้งระบบวัดความเร็วและวัดตําแหนงเพื่อนําไปเปรียบเทียบกับคาที่ตองการ
แลวนําคาความแตกตางที่เกิดขึ้นนี้ไปปรับเปลี่ยนสัญญาณที่สงไปควบคุมการทํางานของ
มอเตอร
รูปที่ 1.1.8 แสดงรูปแบบแขนกลชนิด 1 ขอตอที่เคลื่อนที่ในแนวตั้ง โดยใชมอเตอรเปน
อุปกรณที่ชวยในการขับเคลื่อน มอเตอรสามารถสรางแรงบิดขนาด T ที่ใชในควบคุมการ
เคลื่อนที่ของแขนกล การหาขนาดของแรงบิด T ที่เหมาะสมสําหรับการควบคุมนี้เราจําเปนตอง
ทราบระบบพลศาสตรหรือแบบจําลองทางคณิตศาสตรของแขนกลดังกลาวดวย
q
mg
TL
รูปที่ 1.1.8 แขนกลชนิด 1 ขอตอ
สมการพลศาสตรของระบบควบคุมแขนกลชนิด 1 ขอตอ สามารถเขียนไดดังนี้