Page 1
เทคนิคและแนวทางในการปรับแต่ง
ระบบควบคมุ
การวเิคราะห์และออกแบบระบบควบคุมต่างๆ ตอ้งรู้จกัและศึกษาถึง
“พฤตกิรรม” ของกระบวนการนั้น
โดยปกติแลว้วธิีการศึกษา “พฤติกรรม” มีอยูด่ว้ยกนั 2 วธิี
คือ 1. ดว้ยวธิีการทดสอบ
2. ดว้ยวธิีการทางสมการทางคณิตศาสตร์
วชิา อุปกรณ์วดัและควบคุมในกระบวนการ
Process Instrumentation
PAT.M.
ดร.ปรัชญา มงคลไวย์
Dr.PRATYA MONGKOLWAI
Page 2
การออกแบบอปุกรณ์ควบคมุ
แบบอนาลอกวชิา อุปกรณ์วดัและควบคุมในกระบวนการ
Process Instrumentation
หัวข้อ 1.แนวทางในการเลือกชนิดอุปกรณ์ควบคุม
2.ผลตอบสนองของกระบวนการต่อชนิดควบคุม
3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม
3.1 โดยวิธี Ziegler-Nichols
3.2 โดยวิธี Damped oscillation
3.3 โดยวิธี ลองผิดลองถูก
PAT.M.
Page 3
1.แนวทางในการเลือกชนิดอุปกรณ์ควบคุม
P
I
D
PI
PDPID
PAT.M.
Page 4
1.แนวทางในการเลือกชนิดอุปกรณ์ควบคุม
การไหล
(flow)ระดับ
(level)
อุณหภูมิ
(temperature)
ความดัน
(pressure)
กระบวนการเคมี
(Chemical Process)
PAT.M.
Page 5
1.แนวทางในการเลือกชนิดอุปกรณ์ควบคุม
PAT.M.
Page 6
2.ผลตอบสนองของกระบวนการต่อชนิดควบคุม
ใช้เวลานานมาก
มี offset
กําจัด offset แต่เกิดการแกว่ง
ลดองศาของการแกว่งและลดเวลา
PAT.M.
Page 7
2.ผลตอบสนองของกระบวนการต่อชนิดควบคุม
ควบคุมแบบ P
PAT.M.
Page 8
2.ผลตอบสนองของกระบวนการต่อชนิดควบคุม
ควบคุมแบบ PI
PAT.M.
Page 9
2.ผลตอบสนองของกระบวนการต่อชนิดควบคุม
ควบคุมแบบ PID
PAT.M.
Page 10
3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม
การปรับแต่งค่าพารามิเตอร์ในกระบวนการ
ควบคุมแบบ PID เพื่อให้ได้ผลตอบสนองที่ดี
ที่สุด สามารถทําได้หลายวิธี เช่น
-อาศัยการพิจารณาจากผลตอบสนอง
-อาศัยจากประสบการณ์ในการควบคุม
-อาศัยวิธีการทางคณิตศาสตร์
PAT.M.
Page 11
3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม
3.1 โดยวิธี Ziegler-Nichols
นําเสนอขึ้นโดย
J. G. Ziegler และ N. B. Nichols
เพื่อการหาค่าพารามิเตอร์ KP, Ti, Td จะมีอยู่ 2 วิธีคือ
1. การคํานวณหาค่าโดยวิธี Process reaction curve
2. การคํานวณหาค่าโดยวิธี Ultimate methodPAT.M.
Page 12
3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม
3.1 โดยวิธี Ziegler-Nichols
หลักการ เพื่อพยายามปรับแต่งผลตอบสนองของกระบวนการต่อสัญญาณ
อินพุตแบบสัญญาณระดับหนึ่งหน่วย มีอัตราส่วนระหว่างค่าพุงเกินสูงสุด (maximum
overshoot) ครั้งแรก (b) ต่อครั้งที่สอง (a) ให้มีค่าเท่ากับ 4/1 หรือให้อัตราเสื่อมเท่ากับ
25% ดังแสดงในรูป
PAT.M.
Page 13
3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม
3.1 โดยวิธี Ziegler-Nichols
แบบ Process reaction curve
PAT.M.
Page 14
3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม
3.1 โดยวิธี Ziegler-Nichols
แบบ Process reaction curve
คํานวณหา
ค่าพารามิเตอร์ที่
เหมาะสมของ
กระบวนการ
สามารถดูได้ใน
ตารางสรุป ต่อไปนี้
PAT.M.
Page 15
3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม
3.1 โดยวิธี Ziegler-Nichols
แบบ Process reaction curve
PAT.M.
Page 16
3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม
3.1 โดยวิธี Ziegler-Nichols
แบบ Process reaction curve
PAT.M.
Page 17
3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม
3.1 โดยวิธี Ziegler-Nichols
แบบ Ultimate method
วิธีนี้ทําได้โดยการปรับค่า
อัตราขยายการควบคุมแบบ
P (หรือ KP) ไปจนกระทั่ง
เกิดการแกว่งอย่างต่อเนื่อง
(oscillate) ดังแสดงได้ดังรูป
เกิดการออสซิเลต
PAT.M.
Page 18
3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม
3.1 โดยวิธี Ziegler-Nichols
แบบ Ultimate method
PAT.M.
Page 19
3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม
3.1 โดยวิธี Ziegler-Nichols
แบบ Ultimate method
วิธีการ Ziegler-Nichols
แบบ Process reaction curve
หาค่าจากจุดตัดกราฟ (time domain) แล้ว
ไปแทนค่าในตาราง
ปรับค่า KP ให้เกิดการออซซิเลต แล้วหาค่า
คาบเวลา ไปแทนในตาราง
PAT.M.
Page 20
3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม
3.2 โดยวิธี Damped oscillation
ปรับปรุงจากวิธีการ Ultimate method แต่เมื่อไม่ต้องการให้ผลตอบสนองของกระบวนการเกิดการออสซิเลต จึงปรับมาใช้วิธีการ
แบบ Damped oscillation
ปรับค่า KP ไปจนอัตราเสื่อม
แบบลูปเปิดมีค่าเทา่กับ ¼
แล้วหาค่า P มาคํานวณหา
ค่าพารามิเตอร์ที่เหมาะสม
PAT.M.
Page 21
3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม
3.2 โดยวิธี Damped oscillation
ปรับค่า KP ไปจนอัตราเสื่อมแบบลูปเปิดมีค่าเทา่กับ ¼
แล้วหาค่า P มาคํานวณหาค่าพารามิเตอร์ที่เหมาะสม
Page 22
3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม
3.3 โดยวิธี ลองผิดลองถูก
บางครั้งการทดลองเพื่อคํานวณหาค่าพารามิเตอร์สําหรับนําไปใช้ปรับแต่ง (แบบที่กล่าวมาข้างต้น) อาจมี
คุณสมบัติบางอย่างแตกต่างไปจากกระบวนการจริงที่ต้องการควบคมุ จึงได้มีวิธีการปรับแต่งระบบควบคุม
โดยใช้วิธีลองผิดลองถูก(สุ่ม) ขึ้น แต่เป็นวิธีที่อาศัยประสบการณ์ความชํานานของผู้ควบคุม
การปรับแต่งระบบควบคมุโดยใช้วิธีลองผิดลองถูก (Trial and error tuning)
PAT.M.
Page 23
3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม
3.3 โดยวิธี ลองผิดลองถูก
การปรับแต่งระบบควบคมุโดยใช้วิธีลองผิดลองถูก (Trial and error tuning)
PAT.M.
Page 24
3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม
3.3 โดยวิธี ลองผิดลองถูก
การปรับแต่งระบบควบคมุโดยใช้วิธีลองผิดลองถูก (Trial and error tuning)
PAT.M.
Page 25
3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม
3.3 โดยวิธี ลองผิดลองถูก
การปรับแต่งระบบควบคมุโดยใช้วิธีลองผิดลองถูก (Trial and error tuning)
PAT.M.
Page 26
3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม
3.3 โดยวิธี ลองผิดลองถูก
การปรับแต่งระบบควบคมุโดยใช้วิธีลองผิดลองถูก (Trial and error tuning)
PAT.M.
Page 27
การออกแบบอปุกรณ์ควบคมุ
แบบอนาลอกวชิา อุปกรณ์วดัและควบคุมในกระบวนการ
Process Instrumentation
หัวข้อ 1.แนวทางในการเลือกชนิดอุปกรณ์ควบคุม
2.ผลตอบสนองของกระบวนการต่อชนิดควบคุม
3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม
3.1 โดยวิธี Ziegler-Nichols
3.2 โดยวิธี Damped oscillation
3.3 โดยวิธี ลองผิดลองถูก
PAT.M.
Page 28
ตาํราหลกัที่ใชส้อน
PAT.M.
-รศ.ดร.วรพงศ์ ตั้งศรีรัตน์, “การวัดและควบคุมกระบวนการ
(Process Control and Instrumentation)”, สํานักพิมพ์
ส.ส.ท.(สมาคมสง่เสริมเทคโนโลยี ไทย-ญี่ปุ่น), 2550.