อะไรคือความแตกต่างระหว่างตัวควบคุมสัดส่วนและตัวควบคุมอินทิกรัล?

ในด้านระบบควบคุม ตัวควบคุมมีบทบาทสำคัญในการรับประกันการทำงานที่เสถียรและมีประสิทธิภาพของกระบวนการต่างๆ ในบรรดาคอนโทรลเลอร์หลายประเภท ตัวควบคุมสัดส่วนและตัวควบคุมอินทิกรัลเป็นตัวควบคุมพื้นฐานสองชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ในฐานะซัพพลายเออร์ตัวควบคุม การทำความเข้าใจความแตกต่างระหว่างคอนโทรลเลอร์ทั้งสองประเภทนี้ถือเป็นสิ่งสำคัญในการจัดหาโซลูชันที่ดีที่สุดให้กับลูกค้าของเรา ในบล็อกนี้ เราจะเจาะลึกคุณลักษณะ หลักการทำงาน ข้อดี และข้อเสียของตัวควบคุมแบบสัดส่วนและแบบอินทิกรัล และสำรวจการใช้งานที่แตกต่างกัน

หลักการทำงาน

ตัวควบคุมสัดส่วน

ตัวควบคุมสัดส่วนซึ่งมักแสดงเป็นตัวควบคุม P จะสร้างสัญญาณเอาต์พุตที่เป็นสัดส่วนกับข้อผิดพลาดระหว่างเซ็ตพอยต์ที่ต้องการและตัวแปรกระบวนการจริง ในทางคณิตศาสตร์ ผลลัพธ์ (u(t)) ของตัวควบคุมสัดส่วนสามารถแสดงเป็น:

[u(t)=K_p\คูณ อี(t)]

โดยที่ (K_p) คืออัตราขยายตามสัดส่วน และ (e(t)) คือข้อผิดพลาด ณ เวลา (t) คำนวณเป็น (e(t) = r(t)-y(t)) โดยที่ (r(t)) เป็นจุดกำหนด และ (y(t)) เป็นตัวแปรกระบวนการ

อัตราขยายตามสัดส่วน (K_p) จะกำหนดความแข็งแกร่งของการตอบสนองของตัวควบคุมต่อข้อผิดพลาด ค่าที่มากขึ้น (K_p) หมายถึงการตอบสนองเชิงรุกมากขึ้น ซึ่งสามารถลดข้อผิดพลาดได้อย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม หากตั้งค่า (K_p) สูงเกินไป อาจนำไปสู่การโอเวอร์ชูต โดยที่ตัวแปรกระบวนการเกินค่าที่ตั้งไว้ และอาจทำให้ระบบไม่เสถียรด้วยซ้ำ

ตัวอย่างเช่น ในระบบควบคุมอุณหภูมิ หากค่าที่ตั้งไว้คือ (50^{\circ}C) และอุณหภูมิปัจจุบันคือ (40^{\circ}C) ข้อผิดพลาด (e(t)=50 - 40=10^{\circ}C) ถ้า (K_p = 2) ผลลัพธ์ของตัวควบคุมสัดส่วน (u(t)=2\times10 = 20) จากนั้นเอาต์พุตนี้จะใช้เพื่อปรับองค์ประกอบความร้อนเพื่อเพิ่มอุณหภูมิ

คอนโทรลเลอร์แบบอินทิกรัล

ตัวควบคุมอินทิกรัลหรือตัวควบคุม I คำนึงถึงข้อผิดพลาดที่สะสมเมื่อเวลาผ่านไป เอาท์พุต (u(t)) ของตัวควบคุมอินทิกรัลกำหนดโดย:

[u(t)=K_i\int_{0}^{t}e(\tau)d\tau]

โดยที่ (K_i) คือผลรวมที่ได้รับ และพจน์อินทิกรัล (\int_{0}^{t}e(\tau)d\tau) แสดงถึงผลรวมของข้อผิดพลาดในอดีตทั้งหมดตั้งแต่เวลา (0) ถึง (t)

ข้อได้เปรียบหลักของตัวควบคุมแบบอินทิกรัลคือความสามารถในการกำจัดข้อผิดพลาดในสถานะคงตัว แม้แต่ข้อผิดพลาดเล็กๆ น้อยๆ ที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง จะถูกบูรณาการอย่างต่อเนื่องเมื่อเวลาผ่านไป และเอาต์พุตของคอนโทรลเลอร์จะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนกว่าข้อผิดพลาดจะลดลงเหลือศูนย์ อย่างไรก็ตาม การดำเนินการแบบรวมค่อนข้างช้า เนื่องจากขึ้นอยู่กับการสะสมของข้อผิดพลาด นอกจากนี้ยังอาจทำให้ระบบไม่เสถียรหากตั้งค่าอินทิกรัลเกน (K_i) สูงเกินไป เนื่องจากข้อผิดพลาดสะสมสามารถสร้างขึ้นอย่างรวดเร็ว

ตัวอย่างเช่น ในระบบควบคุมความเร็วสำหรับมอเตอร์ หากมีโหลดคงที่ซึ่งทำให้เกิดข้อผิดพลาดเล็กน้อยเกี่ยวกับความเร็ว ตัวควบคุมรวมจะค่อยๆ เพิ่มเอาท์พุตเมื่อเวลาผ่านไปจนกระทั่งความเร็วของมอเตอร์ถึงค่าที่ตั้งไว้

ลักษณะเฉพาะ

ความเร็วในการตอบสนอง

ตัวควบคุมตามสัดส่วนจะตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อการเปลี่ยนแปลงข้อผิดพลาด ทันทีที่เกิดข้อผิดพลาด ตัวควบคุมสัดส่วนจะสร้างเอาต์พุตที่เป็นสัดส่วนกับขนาดข้อผิดพลาด ทำให้เหมาะสำหรับระบบที่ต้องการการตอบสนองเริ่มต้นที่รวดเร็ว

ในทางกลับกัน ตัวควบคุมอินทิกรัลจะตอบสนองช้ากว่า เนื่องจากข้อผิดพลาดเหล่านี้ต้องอาศัยการสะสมของข้อผิดพลาดเมื่อเวลาผ่านไป จึงต้องใช้เวลาระยะหนึ่งก่อนที่คำศัพท์สำคัญจะถูกสร้างขึ้นและมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อระบบ

คงที่ - สถานะผิดพลาด

ความแตกต่างที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งระหว่างตัวควบคุมแบบสัดส่วนและแบบอินทิกรัลคือความสามารถในการจัดการกับข้อผิดพลาดในสภาวะคงตัว ตัวควบคุมตามสัดส่วนสามารถลดข้อผิดพลาดได้ แต่โดยปกติแล้วจะไม่สามารถกำจัดข้อผิดพลาดได้ทั้งหมด จะมีความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างเซ็ตพอยต์และตัวแปรกระบวนการในสถานะคงที่หรือที่เรียกว่าออฟเซ็ตเสมอ

ในทางตรงกันข้าม ตัวควบคุมแบบรวมได้รับการออกแบบมาเพื่อขจัดข้อผิดพลาดในสภาวะคงตัว ด้วยการบูรณาการข้อผิดพลาดเมื่อเวลาผ่านไป ระบบจะปรับเอาต์พุตอย่างต่อเนื่องจนกว่าข้อผิดพลาดจะเป็นศูนย์

ความมั่นคง

ตัวควบคุมตามสัดส่วนอาจไม่เสถียรหากตั้งค่าอัตราขยายตามสัดส่วน (K_p) สูงเกินไป ค่าสูง (K_p) อาจทำให้ระบบโอเวอร์ชูตและการแกว่ง ทำให้เกิดความไม่เสถียร

ตัวควบคุมแบบอินทิกรัลยังสามารถทำให้เกิดความไม่เสถียร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออินทิกรัลเกน (K_i) ใหญ่เกินไป ข้อผิดพลาดที่สะสมอาจทำให้เกิดเอาต์พุตของคอนโทรลเลอร์ขนาดใหญ่ ซึ่งอาจทำให้ระบบไม่เสถียรและสั่นไหว

ข้อดีและข้อเสีย

ตัวควบคุมสัดส่วน

ข้อดี-

• โครงสร้างเรียบง่ายและใช้งานง่าย กฎการควบคุมตามสัดส่วนมีความตรงไปตรงมา และสามารถตั้งโปรแกรมลงในระบบควบคุมได้อย่างง่ายดาย
• ตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อการเปลี่ยนแปลงข้อผิดพลาดอย่างกะทันหัน สามารถปรับระบบได้อย่างรวดเร็วเพื่อลดขนาดข้อผิดพลาด

ข้อเสีย-

• ไม่สามารถกำจัดข้อผิดพลาดในสถานะคงตัวได้ จะมีการชดเชยระหว่างเซ็ตพอยต์และตัวแปรกระบวนการในสถานะคงที่เสมอ
• เสี่ยงต่อการเกิดโอเวอร์ชูตและความไม่เสถียรหากไม่ได้ปรับสัดส่วนเกนอย่างเหมาะสม

คอนโทรลเลอร์แบบอินทิกรัล

ข้อดี-

• ขจัดข้อผิดพลาดในสถานะคงที่ นี่เป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญในการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำสูง
• สามารถจัดการกับข้อผิดพลาดถาวรได้อย่างมีประสิทธิภาพ สามารถปรับระบบได้อย่างต่อเนื่องจนกว่าข้อผิดพลาดจะหมดไป

ข้อเสีย-

• ตอบสนองช้า. การดำเนินการแบบรวมต้องใช้เวลาในการสะสม ซึ่งอาจไม่เหมาะกับระบบที่ต้องการการตอบสนองที่รวดเร็ว
• มีแนวโน้มที่จะเกิดความไม่แน่นอนหากตั้งค่าอัตราขยายอินทิกรัลสูงเกินไป ข้อผิดพลาดที่สะสมอาจทำให้เกิดการเกินและการแกว่งครั้งใหญ่

การใช้งาน

ตัวควบคุมสัดส่วน

โดยทั่วไปจะใช้ตัวควบคุมตามสัดส่วนในการใช้งานที่ต้องการการตอบสนองที่รวดเร็ว และสามารถยอมรับข้อผิดพลาดในสถานะคงที่ได้ ตัวอย่างบางส่วนได้แก่:

• การควบคุมการไหล: ในระบบควบคุมการไหลของน้ำ ตัวควบคุมตามสัดส่วนสามารถปรับการเปิดวาล์วได้อย่างรวดเร็วเพื่อควบคุมอัตราการไหลเพื่อตอบสนองการเปลี่ยนแปลงของความต้องการ
• การควบคุมระดับ: ในระบบควบคุมระดับถัง สามารถใช้ตัวควบคุมสัดส่วนเพื่อปรับการไหลเข้าหรือทางออกเพื่อรักษาระดับให้ใกล้กับค่าที่ตั้งไว้

หากคุณกำลังมองหาตัวควบคุมแบบสัดส่วนสำหรับแอปพลิเคชันของคุณ คุณอาจสนใจเราEPC ตัวควบคุมการปรับแบบไม่มีขั้นบันไดซึ่งให้การควบคุมสัดส่วนที่แม่นยำพร้อมพารามิเตอร์ที่ปรับได้

คอนโทรลเลอร์แบบอินทิกรัล

แนะนำให้ใช้ตัวควบคุมแบบรวมในการใช้งานที่ต้องมีความแม่นยำสูงและกำจัดข้อผิดพลาดในสถานะคงตัว ตัวอย่างบางส่วนได้แก่:

• การควบคุมอุณหภูมิในการผลิตที่มีความแม่นยำ: ในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งจำเป็นต้องมีการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำ ตัวควบคุมแบบรวมสามารถรับประกันได้ว่าอุณหภูมิจะยังคงอยู่ที่จุดที่ตั้งไว้โดยไม่มีข้อผิดพลาดในสถานะคงที่
• การควบคุมตำแหน่งในหุ่นยนต์: ในระบบควบคุมตำแหน่งแขนหุ่นยนต์ ตัวควบคุมแบบรวมสามารถกำจัดข้อผิดพลาดของตำแหน่งและรับประกันการวางตำแหน่งที่แม่นยำ

ของเราคอนโทรลเลอร์แบบพกพา EPCและตัวควบคุมกระจกลดแสง PDLCได้รับการออกแบบด้วยคุณสมบัติการควบคุมแบบรวมเพื่อให้การควบคุมที่มีความแม่นยำสูงในการใช้งานต่างๆ

บทสรุป

โดยสรุป ตัวควบคุมสัดส่วนและตัวควบคุมอินทิกรัลมีลักษณะเฉพาะ หลักการทำงาน ข้อดี และข้อเสียที่แตกต่างกัน ตัวควบคุมตามสัดส่วนให้การตอบสนองที่รวดเร็ว แต่ไม่สามารถกำจัดข้อผิดพลาดในสถานะคงตัวได้ ในขณะที่ตัวควบคุมแบบรวมสามารถกำจัดข้อผิดพลาดในสถานะคงตัวได้ แต่มีการตอบสนองที่ช้ากว่า การทำความเข้าใจความแตกต่างเหล่านี้ถือเป็นสิ่งสำคัญในการเลือกคอนโทรลเลอร์ที่เหมาะสมสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะ

ในฐานะซัพพลายเออร์ตัวควบคุม เรามุ่งมั่นที่จะจัดหาตัวควบคุมคุณภาพสูงที่ตอบสนองความต้องการที่หลากหลายของลูกค้าของเรา ไม่ว่าคุณจะต้องการตัวควบคุมสัดส่วนที่ตอบสนองรวดเร็วหรือตัวควบคุมอินทิกรัลที่มีความแม่นยำสูง เรามีโซลูชันที่เหมาะสมสำหรับคุณ หากคุณสนใจผลิตภัณฑ์ของเราหรือมีคำถามใดๆ เกี่ยวกับการเลือกคอนโทรลเลอร์ โปรดติดต่อเราเพื่อขอการจัดซื้อและหารือเพิ่มเติม

อ้างอิง

• โอกาตะ เค. (2010) วิศวกรรมควบคุมสมัยใหม่ ห้องฝึกหัด.
• Dorf, RC และบิชอป RH (2016) ระบบควบคุมที่ทันสมัย เพียร์สัน.