process instrumentation unit 10

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

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.

1.แนวทางในการเลือกชนิดอุปกรณ์ควบคุม

P

I

D

PI

PDPID

PAT.M.

1.แนวทางในการเลือกชนิดอุปกรณ์ควบคุม

การไหล

(flow)ระดับ

(level)

อุณหภูมิ

(temperature)

ความดัน

(pressure)

กระบวนการเคมี

(Chemical Process)

PAT.M.

1.แนวทางในการเลือกชนิดอุปกรณ์ควบคุม

PAT.M.

2.ผลตอบสนองของกระบวนการต่อชนิดควบคุม

ใช้เวลานานมาก

มี offset

กําจัด offset แต่เกิดการแกว่ง

ลดองศาของการแกว่งและลดเวลา

PAT.M.

2.ผลตอบสนองของกระบวนการต่อชนิดควบคุม

ควบคุมแบบ P

PAT.M.

2.ผลตอบสนองของกระบวนการต่อชนิดควบคุม

ควบคุมแบบ PI

PAT.M.

2.ผลตอบสนองของกระบวนการต่อชนิดควบคุม

ควบคุมแบบ PID

PAT.M.

3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม

การปรับแต่งค่าพารามิเตอร์ในกระบวนการ

ควบคุมแบบ PID เพื่อให้ได้ผลตอบสนองที่ดี

ที่สุด สามารถทําได้หลายวิธี เช่น

-อาศัยการพิจารณาจากผลตอบสนอง

-อาศัยจากประสบการณ์ในการควบคุม

-อาศัยวิธีการทางคณิตศาสตร์

PAT.M.

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.

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.

3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม

3.1 โดยวิธี Ziegler-Nichols

แบบ Process reaction curve

PAT.M.

3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม

3.1 โดยวิธี Ziegler-Nichols

แบบ Process reaction curve

คํานวณหา

ค่าพารามิเตอร์ที่

เหมาะสมของ

กระบวนการ

สามารถดูได้ใน

ตารางสรุป ต่อไปนี้

PAT.M.

3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม

3.1 โดยวิธี Ziegler-Nichols

แบบ Process reaction curve

PAT.M.

3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม

3.1 โดยวิธี Ziegler-Nichols

แบบ Process reaction curve

PAT.M.

3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม

3.1 โดยวิธี Ziegler-Nichols

แบบ Ultimate method

วิธีนี้ทําได้โดยการปรับค่า

อัตราขยายการควบคุมแบบ

P (หรือ KP) ไปจนกระทั่ง

เกิดการแกว่งอย่างต่อเนื่อง

(oscillate) ดังแสดงได้ดังรูป

เกิดการออสซิเลต

PAT.M.

3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม

3.1 โดยวิธี Ziegler-Nichols

แบบ Ultimate method

PAT.M.

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.

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.

3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม

3.2 โดยวิธี Damped oscillation

ปรับค่า KP ไปจนอัตราเสื่อมแบบลูปเปิดมีค่าเทา่กับ ¼

แล้วหาค่า P มาคํานวณหาค่าพารามิเตอร์ที่เหมาะสม

3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม

3.3 โดยวิธี ลองผิดลองถูก

บางครั้งการทดลองเพื่อคํานวณหาค่าพารามิเตอร์สําหรับนําไปใช้ปรับแต่ง (แบบที่กล่าวมาข้างต้น) อาจมี

คุณสมบัติบางอย่างแตกต่างไปจากกระบวนการจริงที่ต้องการควบคมุ จึงได้มีวิธีการปรับแต่งระบบควบคุม

โดยใช้วิธีลองผิดลองถูก(สุ่ม) ขึ้น แต่เป็นวิธีที่อาศัยประสบการณ์ความชํานานของผู้ควบคุม

การปรับแต่งระบบควบคมุโดยใช้วิธีลองผิดลองถูก (Trial and error tuning)

PAT.M.

3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม

3.3 โดยวิธี ลองผิดลองถูก

การปรับแต่งระบบควบคมุโดยใช้วิธีลองผิดลองถูก (Trial and error tuning)

PAT.M.

3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม

3.3 โดยวิธี ลองผิดลองถูก

การปรับแต่งระบบควบคมุโดยใช้วิธีลองผิดลองถูก (Trial and error tuning)

PAT.M.

3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม

3.3 โดยวิธี ลองผิดลองถูก

การปรับแต่งระบบควบคมุโดยใช้วิธีลองผิดลองถูก (Trial and error tuning)

PAT.M.

3.เทคนิคการปรับแต่งระบบควบคุม

3.3 โดยวิธี ลองผิดลองถูก

การปรับแต่งระบบควบคมุโดยใช้วิธีลองผิดลองถูก (Trial and error tuning)

PAT.M.

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.

ตาํราหลกัที่ใชส้อน

PAT.M.

-รศ.ดร.วรพงศ์ ตั้งศรีรัตน์, “การวัดและควบคุมกระบวนการ

(Process Control and Instrumentation)”, สํานักพิมพ์

ส.ส.ท.(สมาคมสง่เสริมเทคโนโลยี ไทย-ญี่ปุ่น), 2550.