ระบบควบคุมใช้เพื่อรักษาค่าที่ตั้งไว้หรือเอาต์พุตที่ต้องการโดยการปรับสัญญาณอินพุต ระบบควบคุมสามารถเป็นแบบวงเปิดหรือวงปิด ระบบควบคุมวงเปิดไม่มีวงรอบป้อนกลับและระบบควบคุมวงรอบปิดมี
ในบทความนี้ ผมจะอธิบายว่าระบบควบคุมคืออะไร ทำงานอย่างไร และใช้งานอย่างไรในชีวิตประจำวัน นอกจากนี้ ฉันจะแบ่งปันข้อเท็จจริงสนุกๆ เกี่ยวกับระบบควบคุมที่คุณอาจไม่รู้!
ในโพสต์นี้เราจะกล่าวถึง:
- ระบบควบคุม - ศิลปะแห่งการออกแบบและการใช้งาน
- การควบคุมวงเปิดและวงปิด: ความแตกต่างระหว่างการแก้ไขตัวเองและเอาต์พุตคงที่
- ระบบควบคุมคำติชม: นำการควบคุมไปสู่อีกระดับ
- ลอจิกคอนโทรล: ระบบควบคุมที่เรียบง่ายและมีประสิทธิภาพ
- การควบคุมการเปิด-ปิด: วิธีที่ง่ายที่สุดในการควบคุมอุณหภูมิ
- การควบคุมเชิงเส้น: ศิลปะแห่งการรักษาผลลัพธ์ที่ต้องการ
- The Fuzzy Logic: ระบบควบคุมแบบไดนามิก
- สรุป
ระบบควบคุม - ศิลปะแห่งการออกแบบและการใช้งาน
ระบบควบคุมเกี่ยวข้องกับกระบวนการตั้งค่าและบำรุงรักษาเอาต์พุตเฉพาะโดยการปรับสัญญาณอินพุต เป้าหมายคือการสร้างเอาต์พุตที่ถูกต้องและสม่ำเสมอ แม้จะมีการเปลี่ยนแปลงอินพุตครั้งแรกก็ตาม กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับหลายขั้นตอน รวมถึงขั้นตอนต่อไปนี้:
- ระยะอินพุต: ที่ซึ่งได้รับสัญญาณอินพุต
- ขั้นตอนการประมวลผล: ที่ซึ่งสัญญาณได้รับการประมวลผลและวิเคราะห์
- ระยะเอาต์พุต: ที่ซึ่งสัญญาณเอาต์พุตถูกสร้างขึ้น
บทบาทของระบบควบคุมในการผลิต
ระบบควบคุมมีบทบาทสำคัญในการผลิตและจัดจำหน่ายในหลายอุตสาหกรรม เทคโนโลยีอัตโนมัติมักถูกนำมาใช้เพื่อใช้งานระบบเหล่านี้ ซึ่งอาจมีความซับซ้อนสูงและมีราคาแพงในการสร้าง จำเป็นต้องมีองค์ประกอบต่อไปนี้เพื่อสร้างระบบควบคุมที่ยอดเยี่ยม:
- ความเข้าใจที่ดีเกี่ยวกับระบบควบคุม
- ความสามารถในการออกแบบและใช้งานระบบควบคุมประเภทที่ถูกต้อง
- แพ็คเกจของการออกแบบและเทคนิคมาตรฐานที่สามารถนำไปใช้กับสถานการณ์เฉพาะได้
ขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับการสร้างระบบควบคุม
กระบวนการสร้างระบบควบคุมเกี่ยวข้องกับขั้นตอนต่อไปนี้:
- การออกแบบโครงสร้างของระบบ: สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการกำหนดประเภทของระบบควบคุมที่ต้องการและส่วนประกอบที่จะรวมอยู่ด้วย
- การนำระบบไปใช้: สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการสร้างระบบอย่างรอบคอบและดำเนินการทดสอบเพื่อให้แน่ใจว่าระบบทำงานได้อย่างถูกต้อง
- การบำรุงรักษาระบบ: สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการตรวจสอบประสิทธิภาพของระบบเมื่อเวลาผ่านไปและทำการเปลี่ยนแปลงที่จำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าระบบยังคงทำงานได้อย่างถูกต้อง
การควบคุมวงเปิดและวงปิด: ความแตกต่างระหว่างการแก้ไขตัวเองและเอาต์พุตคงที่
ระบบควบคุมวงเปิดเรียกอีกอย่างว่าการควบคุมแบบไม่ป้อนกลับ ระบบเหล่านี้มีเอาต์พุตคงที่ซึ่งไม่ได้ปรับตามอินพุตหรือฟีดแบ็คใดๆ โครงสร้างของระบบควบคุมวงเปิดเป็นแบบปกติและรวมถึงอินพุต จุดตั้งค่า และเอาต์พุต อินพุตคือสัญญาณที่ใช้เพื่อสร้างเอาต์พุตที่ต้องการ จุดที่กำหนดคือค่าเป้าหมายสำหรับเอาต์พุต ผลลัพธ์คือผลลัพธ์ของกระบวนการที่กำลังทำงาน
ตัวอย่างระบบควบคุมวงเปิด ได้แก่
- เครื่องปิ้งขนมปัง: คันโยกจะอยู่ในสถานะ "เปิด" และขดลวดจะถูกทำให้ร้อนจนถึงอุณหภูมิคงที่ เครื่องปิ้งขนมปังยังคงร้อนอยู่จนถึงเวลาที่กำหนด และขนมปังปิ้งจะเด้งขึ้นมา
- ระบบครูซคอนโทรลในรถยนต์: ระบบควบคุมถูกตั้งค่าให้รักษาความเร็วคงที่ ระบบจะไม่ปรับตามเงื่อนไขที่เปลี่ยนแปลง เช่น เนินเขาหรือลม
การควบคุมวงปิด: การแก้ไขตัวเองสำหรับเอาต์พุตที่สอดคล้องกัน
ระบบควบคุมวงปิดหรือที่เรียกว่าระบบควบคุมแบบป้อนกลับมีความสามารถในการแก้ไขด้วยตนเองเพื่อรักษาเอาต์พุตที่สม่ำเสมอ ข้อแตกต่างระหว่างระบบวงเปิดและระบบวงปิดคือ ระบบวงปิดมีความสามารถในการแก้ไขตัวเองในขณะที่ระบบวงเปิดไม่มี โครงสร้างของระบบควบคุมวงปิดคล้ายกับระบบวงเปิด แต่รวมถึงวงรอบป้อนกลับ ลูปป้อนกลับนำจากเอาต์พุตไปยังอินพุต ทำให้ระบบสามารถตรวจสอบและปรับเปลี่ยนตามเงื่อนไขที่เปลี่ยนแปลงได้อย่างต่อเนื่อง
ตัวอย่างระบบควบคุมวงปิด ได้แก่
- การควบคุมอุณหภูมิในห้อง: ระบบจะปรับความร้อนหรือความเย็นตามอุณหภูมิในห้องเพื่อรักษาอุณหภูมิให้คงที่
- การควบคุมการขยายเสียงในระบบเสียง: ระบบจะปรับการขยายตามเอาต์พุตเพื่อรักษาระดับเสียงที่สม่ำเสมอ
ระบบควบคุมคำติชม: นำการควบคุมไปสู่อีกระดับ
ระบบควบคุมป้อนกลับเป็นระบบควบคุมประเภทหนึ่งที่ใช้เอาต์พุตของกระบวนการเพื่อควบคุมอินพุต กล่าวอีกนัยหนึ่ง ระบบจะรับสัญญาณจากกระบวนการที่ถูกควบคุม และใช้สัญญาณนั้นเพื่อปรับอินพุตเพื่อให้ได้เอาต์พุตที่ต้องการ
ไดอะแกรมและชื่อที่เกี่ยวข้องกับระบบควบคุมป้อนกลับ
มีไดอะแกรมและชื่อต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับระบบควบคุมป้อนกลับ ได้แก่:
- บล็อกไดอะแกรม: สิ่งเหล่านี้แสดงส่วนประกอบของระบบควบคุมป้อนกลับและวิธีเชื่อมต่อ
- ฟังก์ชั่นการถ่ายโอน: สิ่งเหล่านี้อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างอินพุตและเอาต์พุตของระบบ
- ระบบวงปิด: เป็นระบบควบคุมป้อนกลับที่เอาต์พุตถูกป้อนกลับไปยังอินพุตเพื่อรักษาเอาต์พุตที่ต้องการ
- ระบบวงเปิด: เป็นระบบควบคุมป้อนกลับที่เอาต์พุตไม่ป้อนกลับไปยังอินพุต
ลอจิกคอนโทรล: ระบบควบคุมที่เรียบง่ายและมีประสิทธิภาพ
การควบคุมลอจิกเป็นระบบควบคุมประเภทหนึ่งที่ใช้ตรรกะบูลีนหรือการดำเนินการทางตรรกะอื่น ๆ ในการตัดสินใจและควบคุมกระบวนการ เป็นระบบควบคุมที่เรียบง่ายและมีประสิทธิภาพซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงการผลิต การผลิต และวิศวกรรมไฟฟ้า
ลอจิกคอนโทรลทำงานอย่างไร
ระบบควบคุมลอจิกได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับอินพุตที่หลากหลายและสร้างเอาต์พุตที่ต้องการ วิธีการทำงานเบื้องต้นมีดังนี้
- ระบบจะรับสัญญาณอินพุตซึ่งโดยปกติจะอยู่ในรูปของกระแสไฟฟ้า
- สัญญาณอินพุตจะถูกเปรียบเทียบกับค่าหรือจุดที่ตั้งไว้ซึ่งถูกจัดเก็บไว้ในระบบ
- หากสัญญาณอินพุตถูกต้อง ระบบจะดำเนินการบางอย่างหรือเปลี่ยนไปใช้การตั้งค่าเฉพาะ
- หากสัญญาณอินพุตไม่ถูกต้อง ระบบจะยังคงรับอินพุตต่อไปจนกว่าจะถึงค่าที่ถูกต้อง
ตัวอย่างระบบควบคุมลอจิก
ระบบควบคุมลอจิกถูกนำไปใช้งานหลากหลาย รวมถึง:
- สัญญาณไฟจราจร: สัญญาณไฟจราจรใช้การควบคุมแบบลอจิกเพื่อสลับระหว่างไฟสีแดง เหลือง และเขียวตามการไหลของการจราจร
- หุ่นยนต์อุตสาหกรรม: หุ่นยนต์อุตสาหกรรมใช้การควบคุมตรรกะในการทำงานที่ซับซ้อน เช่น การเชื่อม การทาสี และการประกอบ
- เครื่องซักผ้าอัตโนมัติ: เครื่องซักผ้าอัตโนมัติใช้การควบคุมแบบลอจิกเพื่อสลับระหว่างรอบการซักและอุณหภูมิที่แตกต่างกันตามอินพุตของผู้ใช้
การควบคุมการเปิด-ปิด: วิธีที่ง่ายที่สุดในการควบคุมอุณหภูมิ
ในอดีต การควบคุมการเปิด-ปิดถูกนำมาใช้โดยใช้รีเลย์ที่เชื่อมต่อถึงกัน ตัวจับเวลาแคม และสวิตช์ที่สร้างขึ้นในลำดับขั้นบันได อย่างไรก็ตาม ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยี การควบคุมการเปิด-ปิดสามารถทำได้โดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ คอนโทรลเลอร์ลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้เฉพาะ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ
ตัวอย่างการควบคุมการเปิด-ปิด
ตัวอย่างของผลิตภัณฑ์ที่ใช้การควบคุมการเปิด-ปิด ได้แก่:
- เทอร์โมสแตทในบ้านที่เปิดฮีตเตอร์เมื่ออุณหภูมิห้องลดลงต่ำกว่าการตั้งค่าที่ต้องการ และปิดเมื่ออุณหภูมิสูงกว่านั้น
- ตู้เย็นที่เปิดคอมเพรสเซอร์เมื่ออุณหภูมิภายในตู้เย็นสูงกว่าอุณหภูมิที่ต้องการ และปิดเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่านั้น
- เครื่องซักผ้าที่ใช้การควบคุมการเปิด-ปิดเพื่อกระตุ้นการทำงานตามลำดับที่สัมพันธ์กัน
- แอคชูเอเตอร์แบบนิวเมติกที่ใช้การควบคุมการเปิด-ปิดเพื่อรักษาระดับแรงดัน
ข้อดีและข้อเสียของการควบคุมการเปิด-ปิด
ข้อดีของการควบคุมการเปิด-ปิดได้แก่:
- ทำได้ง่ายและราคาถูก
- ง่ายต่อการเข้าใจและดำเนินการ
- สามารถใช้กับเครื่องจักรและการปฏิบัติงานประเภทต่างๆ
ข้อเสียของการควบคุมการเปิด-ปิดได้แก่:
- มันทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันในระบบ ซึ่งอาจก่อให้เกิดผลเสียต่อผลิตภัณฑ์หรือกระบวนการที่ถูกควบคุม
- อาจไม่สามารถรักษาค่าเซ็ตพอยต์ที่ต้องการได้อย่างแม่นยำ โดยเฉพาะในระบบที่มีมวลความร้อนสูง
- อาจทำให้สวิตช์ไฟฟ้าและรีเลย์สึกหรอ ทำให้ต้องเปลี่ยนบ่อยครั้ง
การควบคุมเชิงเส้น: ศิลปะแห่งการรักษาผลลัพธ์ที่ต้องการ
ทฤษฎีการควบคุมเชิงเส้นขึ้นอยู่กับหลักการหลายประการที่ควบคุมการทำงานของระบบควบคุมเชิงเส้น หลักการเหล่านี้รวมถึง:
- หลักการละเว้นผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์: หลักการนี้ถือว่าสามารถละเว้นผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ใดๆ ของระบบได้
- หลักการของการบวก: หลักการนี้เป็นไปตามแนวคิดที่ว่าเอาต์พุตของระบบเชิงเส้นคือผลรวมของเอาต์พุตที่ผลิตโดยแต่ละอินพุตที่ทำหน้าที่โดยลำพัง
- หลักการของการซ้อนทับ: หลักการนี้ถือว่าเอาต์พุตของระบบเชิงเส้นคือผลรวมของเอาต์พุตที่ผลิตโดยแต่ละอินพุตที่ทำหน้าที่โดยลำพัง
กรณีไม่เชิงเส้น
หากระบบไม่เป็นไปตามหลักการของการเติมแต่งและความเป็นเนื้อเดียวกัน ระบบจะถือว่าไม่เป็นเชิงเส้น ในกรณีนี้ สมการที่นิยามมักจะเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส ระบบไม่เชิงเส้นไม่ทำงานในลักษณะเดียวกับระบบเชิงเส้นและต้องการวิธีการควบคุมที่แตกต่างกัน
The Fuzzy Logic: ระบบควบคุมแบบไดนามิก
ฟัซซีลอจิกเป็นระบบควบคุมประเภทหนึ่งที่ใช้ชุดฟัซซีเพื่อแปลงสัญญาณอินพุตเป็นสัญญาณเอาต์พุต เป็นโครงสร้างทางคณิตศาสตร์ที่วิเคราะห์ค่าอินพุตแบบอะนาล็อกในแง่ของตัวแปรลอจิคัลที่ใช้ค่าต่อเนื่องระหว่าง 0 ถึง 1 Fuzzy Logic เป็นระบบควบคุมแบบไดนามิกที่สามารถจัดการการเปลี่ยนแปลงในสัญญาณอินพุตและปรับสัญญาณเอาต์พุตตามนั้น
ตัวอย่างของ Fuzzy Logic ในการดำเนินการ
Fuzzy Logic ถูกใช้ในหลาย ๆ ฟิลด์เพื่อทำงานควบคุมที่หลากหลาย นี่คือตัวอย่างบางส่วน:
- การบำบัดน้ำ: Fuzzy Logic ใช้เพื่อควบคุมการไหลของน้ำผ่านโรงบำบัด ระบบจะปรับอัตราการไหลตามสถานะปัจจุบันของน้ำและคุณภาพผลผลิตที่ต้องการ
- ระบบ HVAC: Fuzzy Logic ใช้เพื่อควบคุมอุณหภูมิและความชื้นในอาคาร ระบบจะปรับอุณหภูมิและความชื้นตามสถานะปัจจุบันของอาคารและระดับความสะดวกสบายที่ต้องการ
- การควบคุมการจราจร: Fuzzy Logic ใช้เพื่อควบคุมการไหลของการจราจรผ่านทางแยก ระบบจะปรับเวลาของสัญญาณไฟจราจรตามสภาพการจราจรในขณะนั้น
สรุป
ดังนั้น ระบบควบคุมจึงถูกใช้เพื่อควบคุมกระบวนการในอุตสาหกรรมต่างๆ และเกี่ยวข้องกับการออกแบบ การใช้งาน และการบำรุงรักษาระบบที่รักษาเอาต์พุตที่สม่ำเสมอแม้จะมีการเปลี่ยนแปลงอินพุตก็ตาม
คุณไม่สามารถผิดพลาดกับระบบควบคุมได้ ดังนั้นอย่ากลัวที่จะใช้มันในโครงการต่อไปของคุณ! ไปข้างหน้าและควบคุมโลกของคุณ!
ฉันชื่อ Joost Nusselder ผู้ก่อตั้ง Tools Doctor นักการตลาดเนื้อหา และพ่อ ฉันชอบทดลองใช้อุปกรณ์ใหม่ๆ และร่วมกับทีมของฉัน ฉันได้สร้างบทความบล็อกเชิงลึกตั้งแต่ปี 2016 เพื่อช่วยผู้อ่านที่ภักดีด้วยเครื่องมือและเคล็ดลับการประดิษฐ์
