I. บทนำ
ในการออกแบบระบบควบคุมอัตโนมัติและระบบควบคุมทางอุตสาหกรรม ตัวควบคุม PID (ตัวควบคุมดิฟเฟอเรนเชียล-อินทิกรัล-ตามสัดส่วน) และตัวควบคุม PWM (ตัวควบคุมพัลส์ไวด์ธมอดูเลชัน) เป็นกลยุทธ์การควบคุมสองแบบที่ใช้กันทั่วไป แม้ว่าทั้งสองจะสามารถควบคุมระบบได้อย่างแม่นยำ แต่ก็มีความแตกต่างที่สำคัญในหลักการ การใช้งาน และคุณลักษณะการควบคุม ในบทความนี้ ตัวควบคุม PID และตัวควบคุม PWM จะถูกเปรียบเทียบและวิเคราะห์โดยละเอียดเพื่อเปิดเผยความแตกต่างระหว่างตัวควบคุมทั้งสอง
ครั้งที่สอง ภาพรวมของตัวควบคุม PID
ตัวควบคุม PID เป็นอัลกอริธึมการควบคุมตามคำติชม{0}} ซึ่งประกอบด้วยเงื่อนไขการควบคุมสามข้อ (P) อินทิกรัล (I) และดิฟเฟอเรนเชียล (D) โดยจะวัดความแตกต่างระหว่างค่าเอาต์พุตของวัตถุที่ถูกควบคุมและค่าที่ต้องการ (เช่น ข้อผิดพลาด) จากนั้นประมวลผลข้อผิดพลาดตามเงื่อนไขการควบคุมสามเงื่อนไข P, I และ D เพื่อให้ได้เอาต์พุตของตัวควบคุม หลักการของตัวควบคุม PID ขึ้นอยู่กับการควบคุมผลป้อนกลับของข้อผิดพลาด และมีความสามารถในการปรับเปลี่ยน เพื่อให้สามารถปรับพารามิเตอร์การควบคุมแบบไดนามิกตามสถานการณ์จริง
หลักการ
หลักการของตัวควบคุม PID ขึ้นอยู่กับการควบคุมการป้อนกลับของข้อผิดพลาด โดยจะวัดค่าเอาท์พุตของวัตถุที่ถูกควบคุมก่อน จากนั้นจึงเปรียบเทียบกับค่าที่ต้องการเพื่อให้ได้ข้อผิดพลาด จากนั้น ข้อผิดพลาดจะถูกประมวลผลตามเงื่อนไขการควบคุมตามสัดส่วน อินทิกรัล และดิฟเฟอเรนเชียล เพื่อให้ได้เอาต์พุตของคอนโทรลเลอร์ ในหมู่พวกเขา ระยะเวลาการควบคุมตามสัดส่วนเป็นสัดส่วนกับข้อผิดพลาด และใช้เพื่อลดข้อผิดพลาดอย่างรวดเร็ว เงื่อนไขการควบคุมแบบรวมส่วนใหญ่จะใช้เพื่อกำจัดข้อผิดพลาดสะสมและทำให้ระบบมีเสถียรภาพมากขึ้น เงื่อนไขการควบคุมส่วนต่างจะปรับเอาต์พุตของตัวควบคุมตามอัตราการเปลี่ยนแปลงของข้อผิดพลาด ซึ่งทำให้การตอบสนองของระบบเร็วขึ้นและลดการทำงานเกินกำหนด
การใช้งาน
ตัวควบคุม PID ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบควบคุมอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม การควบคุมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ หุ่นยนต์ และสาขาอื่นๆ ในระบบควบคุมอุณหภูมิ ตัวควบคุม PID จะปรับเอาท์พุตของอุปกรณ์ทำความร้อนหรือความเย็นเพื่อรักษาอุณหภูมิที่ควบคุมให้ใกล้กับค่าที่ต้องการ โดยการวัดความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิที่ควบคุมและอุณหภูมิที่ต้องการอย่างแม่นยำ ในวิทยาการหุ่นยนต์ โดยทั่วไปจะใช้ตัวควบคุม PID สำหรับการควบคุมตำแหน่ง โดยจะมีการวัดความแตกต่างระหว่างตำแหน่งจริงและตำแหน่งที่ต้องการของหุ่นยนต์ และเอาต์พุตของแอคชูเอเตอร์ของหุ่นยนต์จะถูกปรับเพื่อให้ได้การควบคุมตำแหน่งที่แม่นยำ นอกจากนี้ ตัวควบคุม PID ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการควบคุมมอเตอร์ การควบคุมการไหล และสาขาอื่นๆ
ลักษณะการควบคุม
ตัวควบคุม PID มีความสามารถในการปรับตัว-ด้วยตนเอง และสามารถปรับพารามิเตอร์การควบคุมแบบไดนามิกตามสถานการณ์จริงได้ สามารถตอบสนองได้อย่างรวดเร็วในสภาวะคงที่และสามารถต้านทานการรบกวนจากภายนอกและการเปลี่ยนแปลงของระบบได้ นอกจากนี้ ตัวควบคุม PID ยังมีคุณลักษณะของการควบคุมที่แม่นยำและความเสถียรสูง ซึ่งสามารถควบคุมระบบได้อย่างแม่นยำ
III. ภาพรวมของตัวควบคุม PWM
ตัวควบคุม PWM เป็นกลยุทธ์การควบคุมที่ควบคุมระดับเฉลี่ยของสัญญาณเอาท์พุตโดยการปรับรอบการทำงานของพัลส์ โดยจะควบคุมเอาต์พุตที่ต้องการโดยการเปิดและปิดแหล่งจ่ายไฟเป็นระยะ เพื่อควบคุมอัตราส่วนของเวลาสวิตช์และเวลาปิด ตัวควบคุม PWM ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสถานการณ์การใช้งานที่จำเป็นต้องจำลองสัญญาณอย่างต่อเนื่อง เช่น การควบคุมความเร็วมอเตอร์กระแสตรง การปรับความสว่าง LED เครื่องขยายเสียง และอื่นๆ
หลักการ
หลักการของตัวควบคุม PWM คือการควบคุมแรงดันและกระแสในวงจรโดยการเปลี่ยนความกว้างของพัลส์ ในสัญญาณ PWM ระดับสูงจะคงอยู่นานขึ้นและระดับต่ำจะคงอยู่สั้นลง ส่งผลให้กำลังเอาท์พุตในวงจรเปลี่ยนไป โดยเฉพาะเมื่อสัญญาณ PWM สูง สวิตช์ในวงจรจะเปิดขึ้นและกระแสจะไหลผ่านโหลด เมื่อสัญญาณ PWM ต่ำ สวิตช์จะปิดและกระแสจะหยุดไหล ดังนั้นด้วยการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนของเวลาระดับสูงและต่ำของสัญญาณ PWM จึงสามารถรับรู้การควบคุมแรงดันและกระแสในวงจรได้
การใช้งาน
โดยทั่วไปตัวควบคุม PWM จะใช้ในสถานการณ์การใช้งานที่จำเป็นต้องจำลองสัญญาณต่อเนื่อง เช่น การควบคุมความเร็วมอเตอร์ DC การปรับความสว่าง LED และเครื่องขยายสัญญาณเสียง ในการใช้งานเหล่านี้ ตัวควบคุม PWM สามารถควบคุมระดับเฉลี่ยของสัญญาณเอาท์พุตได้อย่างแม่นยำโดยการปรับรอบการทำงานของพัลส์ จึงทำให้สามารถควบคุมอุปกรณ์ได้อย่างแม่นยำ
ลักษณะการควบคุม
ตัวควบคุม PWM มีความไวต่อความถี่ในการสลับสัญญาณและรอบการทำงาน และสามารถควบคุมระดับเฉลี่ยของเอาต์พุตได้อย่างแม่นยำ สามารถตอบสนองได้อย่างรวดเร็วและปรับเอาต์พุตได้ แต่ไม่มีความสามารถในการปรับตัว-ด้วยตนเอง ข้อดีของตัวควบคุม PWM คือเรียบง่ายและใช้งานง่าย ใช้งานง่ายและมีต้นทุนต่ำ เหมาะสำหรับบางสถานการณ์การใช้งานที่ไม่ต้องการความแม่นยำในการควบคุมสูง
IV. การเปรียบเทียบตัวควบคุม PID และตัวควบคุม PWM
การเปรียบเทียบหลักการ
ตัวควบคุม PID ขึ้นอยู่กับหลักการของการควบคุมข้อผิดพลาดป้อนกลับ โดยการวัดความแตกต่างระหว่างค่าเอาท์พุตของวัตถุที่ถูกควบคุมและค่าที่ต้องการ (เช่น ข้อผิดพลาด) จากนั้นตามเงื่อนไขการควบคุมตามสัดส่วน อินทิกรัล และดิฟเฟอเรนเชียลในการประมวลผลข้อผิดพลาด เอาต์พุตของคอนโทรลเลอร์ ในทางกลับกัน ตัวควบคุม PWM จะควบคุมแรงดันและกระแสในวงจรโดยการเปลี่ยนความกว้างของพัลส์เพื่อให้ทราบถึงการควบคุมระดับเฉลี่ยของสัญญาณเอาท์พุต
การเปรียบเทียบแอปพลิเคชัน
ตัวควบคุม PID เหมาะสำหรับสถานการณ์การใช้งานที่ต้องการการควบคุมและความเสถียรที่แม่นยำ เช่น การควบคุมอุณหภูมิ การควบคุมตำแหน่ง การควบคุมความเร็ว และอื่นๆ ตัวควบคุม PWM มักใช้ในการใช้งานที่ต้องการสัญญาณต่อเนื่องแบบอะนาล็อก เช่น การควบคุมความเร็วมอเตอร์ DC การปรับความสว่าง LED เครื่องขยายสัญญาณเสียง และอื่นๆ เนื่องจากตัวควบคุม PWM ไม่มีความสามารถในการปรับตัว จึงอาจไม่เหมาะกับการใช้งานบางประเภทที่ต้องการความแม่นยำในการควบคุมสูง
การเปรียบเทียบลักษณะการควบคุม
ตัวควบคุม PID มีความสามารถในการปรับตัว-ด้วยตนเอง และสามารถปรับพารามิเตอร์การควบคุมแบบไดนามิกตามสถานการณ์จริงได้ สามารถตอบสนองได้อย่างรวดเร็วในสภาวะคงที่ และทนทานต่อการรบกวนจากภายนอกและการเปลี่ยนแปลงของระบบ นอกจากนี้ ตัวควบคุม PID ยังโดดเด่นด้วยการควบคุมที่แม่นยำและความเสถียรสูง ในทางกลับกัน ตัวควบคุม PWM มีความไวต่อความถี่ในการสลับสัญญาณและรอบการทำงานอย่างมาก และสามารถควบคุมระดับเฉลี่ยของเอาต์พุตได้อย่างแม่นยำ อย่างไรก็ตาม ไม่มีความสามารถในการปรับตัว-ด้วยตนเอง และไม่สามารถปรับพารามิเตอร์ควบคุมแบบไดนามิกตามสถานการณ์จริงของระบบได้ ดังนั้นจึงอาจมีข้อจำกัดบางประการในบางแอปพลิเคชันที่ต้องการความแม่นยำในการควบคุมสูง
โวลต์ บทสรุป
โดยสรุป มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างตัวควบคุม PID และตัวควบคุม PWM ในแง่ของหลักการ การใช้งาน ลักษณะการควบคุม ฯลฯ ตัวควบคุม PID ขึ้นอยู่กับหลักการของการควบคุมผลป้อนกลับของข้อผิดพลาด ซึ่งมีลักษณะพิเศษคือ-ความสามารถในการปรับตัวได้เอง การควบคุมที่แม่นยำ และความเสถียรสูง และเหมาะสำหรับสถานการณ์การใช้งานที่ต้องการการควบคุมและความเสถียรที่แม่นยำ ในทางกลับกัน ตัวควบคุม PWM จะควบคุมระดับเฉลี่ยของสัญญาณเอาท์พุตโดยการเปลี่ยนความกว้างของพัลส์ ซึ่งมีข้อดีคือ เรียบง่าย ใช้งานง่าย ใช้งานง่าย และต้นทุนต่ำ และเหมาะสำหรับบางสถานการณ์การใช้งานที่ไม่ต้องการความแม่นยำในการควบคุมสูง เมื่อเลือกตัวควบคุมที่จะใช้ จำเป็นต้องพิจารณาอย่างครอบคลุมตามข้อกำหนดการใช้งานเฉพาะและวัตถุประสงค์การควบคุม