ระบบควบคุม: คืออะไร? (ตัวอย่างระบบควบคุมวงจรเปิดและวงจรป้อนกลับ)

ระบบควบคุมคืออะไร?

ระบบควบคุมถูกกำหนดให้เป็นระบบของอุปกรณ์ที่จัดการ บังคับ ควบคุม หรือปรับพฤติกรรมของอุปกรณ์หรือระบบอื่น ๆ เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ตามที่ต้องการ ระบบควบคุมทำสิ่งนี้ผ่านวงจรป้อนกลับ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ออกแบบมาเพื่อรักษาตัวแปรกระบวนการที่ระดับที่ต้องการ

ในทางอื่น ๆ การ คำจำกัดความของระบบควบคุม สามารถถูกย่อให้เป็นระบบที่ควบคุมระบบอื่น ๆ เมื่อมนุษยชาติมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องความต้องการในการทำงานโดยอัตโนมัติก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน การทำงานโดยอัตโนมัติต้องการการควบคุมระบบของอุปกรณ์ที่ทำงานร่วมกัน

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ระบบควบคุมได้เล่นบทบาทสำคัญในการพัฒนาและการเจริญเติบโตของเทคโนโลยีและอารยธรรมสมัยใหม่ แทบทุกด้านของชีวิตประจำวันของเราได้รับผลกระทบมากน้อยจากประเภทของระบบควบคุม

ตัวอย่างของระบบควบคุมในชีวิตประจำวันของคุณรวมถึงเครื่องปรับอากาศ เครื่องทำความเย็น เครื่องปรับอากาศ ถังน้ำในห้องน้ำ เครื่องรีดผ้าอัตโนมัติ และกระบวนการต่าง ๆ ในรถยนต์ เช่น ระบบควบคุมความเร็วคงที่

ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม เราพบระบบควบคุมในการควบคุมคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ระบบอาวุธ ระบบขนส่ง ระบบพลังงาน เทคโนโลยีอวกาศ หุ่นยนต์ และอื่น ๆ อีกมากมาย

หลักการของทฤษฎีควบคุม สามารถนำไปใช้ได้ทั้งในสาขาวิศวกรรมและสาขาที่ไม่ใช่วิศวกรรม คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับระบบควบคุมโดยศึกษา MCQs ของระบบควบคุม ของเรา

คุณสมบัติของระบบควบคุม

คุณสมบัติหลักของระบบควบคุม คือควรมีความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ระหว่างสัญญาณขาเข้าและสัญญาณขาออกของระบบอย่างชัดเจน

เมื่อความสัมพันธ์ระหว่างสัญญาณขาเข้าและสัญญาณขาออกของระบบสามารถแสดงเป็นสัดส่วนเชิงเส้นได้ ระบบดังกล่าวจะเรียกว่าระบบควบคุมเชิงเส้น

แต่เมื่อความสัมพันธ์ระหว่างสัญญาณขาเข้าและสัญญาณขาออกไม่สามารถแสดงเป็นสัดส่วนเชิงเส้นเดียวได้ แต่สัญญาณขาเข้าและสัญญาณขาออกมีความสัมพันธ์กันด้วยความสัมพันธ์ที่ไม่เชิงเส้น ระบบดังกล่าวจะเรียกว่าระบบควบคุมไม่เชิงเส้น

ข้อกำหนดของระบบควบคุมที่ดี

ความแม่นยำ: ความแม่นยำคือความอดทนในการวัดของเครื่องมือและกำหนดขอบเขตของข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นเมื่อใช้เครื่องมือภายใต้เงื่อนไขการทำงานปกติ

ความแม่นยำสามารถเพิ่มขึ้นโดยใช้ธาตุป้อนกลับ ในการเพิ่มความแม่นยำของระบบควบคุมใด ๆ ตัวตรวจจับข้อผิดพลาด ควรปรากฏในระบบควบคุม

ความไว: พารามิเตอร์ของระบบควบคุมเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอตามสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลง ความรบกวนภายใน หรือพารามิเตอร์อื่น ๆ

การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้สามารถแสดงเป็นความไวได้ ระบบควบคุมใด ๆ ควรไม่ไวต่อพารามิเตอร์เหล่านี้ แต่ไวต่อสัญญาณขาเข้าเท่านั้น

เสียงรบกวน: สัญญาณขาเข้าที่ไม่ต้องการเรียกว่าเสียงรบกวน ระบบควบคุมที่ดีควรสามารถลดผลกระทบของเสียงรบกวนเพื่อประสิทธิภาพที่ดีขึ้น

ความเสถียร: เป็นลักษณะสำคัญของระบบควบคุม สำหรับสัญญาณขาเข้าที่มีขอบเขต ผลลัพธ์ต้องมีขอบเขตและหากสัญญาณขาเข้าเป็นศูนย์ ผลลัพธ์ต้องเป็นศูนย์ ระบบควบคุมดังกล่าวจะถูกเรียกว่าระบบควบคุมที่มีความเสถียร

แบนด์วิธ: ช่วงความถี่ในการทำงานตัดสินใจแบนด์วิธของระบบควบคุม แบนด์วิธควรใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้สำหรับความถี่ตอบสนองของระบบควบคุมที่ดี

ความเร็ว: คือเวลาที่ระบบควบคุมใช้ในการบรรลุผลลัพธ์ที่มั่นคง ระบบควบคุมที่ดีมีความเร็วสูง ระยะเวลาย่อยสำหรับระบบดังกล่าวค่อนข้างน้อย

การสั่นสะเทือน: การสั่นสะเทือนจำนวนน้อยหรือการสั่นสะเทือนคงที่ของผลลัพธ์อาจบ่งบอกว่าระบบมีความเสถียร

ประเภทของระบบควบคุม

มีประเภทของระบบควบคุม หลายประเภท แต่ทั้งหมดสร้างขึ้นเพื่อควบคุมผลลัพธ์ ระบบที่ใช้ในการควบคุมตำแหน่ง ความเร็ว การเร่งความเร็ว อุณหภูมิ แรงดันไฟฟ้า แรงดัน แรงดันไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้า เป็นต้น คือตัวอย่างของระบบควบคุม

ลองยกตัวอย่างระบบควบคุมอุณหภูมิของห้องที่เรียบง่าย เพื่อช่วยให้เข้าใจ สมมติว่ามีอุปกรณ์ทำความร้อนแบบง่าย ซึ่งจะถูกทำความร้อนตราบเท่าที่แหล่งจ่ายไฟฟ้าเปิดอยู่

ตราบเท่าที่สวิตช์จ่ายไฟของฮีทเตอร์เปิดอยู่ อุณหภูมิของห้องจะเพิ่มขึ้น และหลังจากที่ได้อุณหภูมิที่ต้องการของห้องแล้ว จึงปิดสวิตช์จ่ายไฟ