ความหมายของระบบควบคุม
ระบบ (System) คือการทำงานร่วมกันเพื่อจุดประสงค์เดียวกันให้เกิดผลสำเร็จ
ระบบควบคุม (Control System) คือการจัดองค์ประกอบส่วนต่าง ๆ ให้มีการทำงานสัมพันธ์กัน เพื่อบังคับหรือปรับปรุงให้ระบบทำงานตามที่ต้องการ
แพล้น (Plant) คือ สิ่งที่จะถูกควบคุม อาจเป็นเครื่องมือ เครื่องจักร หรืออุปกรณ์ที่ใช้ในการทำงาน
ดิสเตอร์บลานต์ (Disterbance) คือ สัญญาณรบกวนที่เข้ามาในระบบทำให้ค่าเอาต์พุตของระบบเปลี่ยนไป
การควบคุมป้อนกลับ (Feedback) คือ การพยายามลดค่าแตกต่างระหว่างเอาต์พุตกับค่าอ้างอิง (Set point) หรือ อินพุต
ระบบการควบคุมป้อนกลับ (Feedback Control System) คือ ระบบการควบคุมที่รักษาค่าเอาต์พุทได้ใกล้เคียงกับค่าอินพุต โดยมีการเปรียบเทียบสัญญานทั้งสองนี้ ผลจากการเปรียบเทียบจะเป็นค่าผิดพลาด (Error) ซึ่งเป็นสัญญาณที่ใช้ป้อนเข้าสู่ตัวควบคุม (Control)
เซอร์โวแมคคานิกส์ (Servomechanism) คือ ระบบควบคุมป้อนกลับ โดยที่เอาต์พุตอยู่ในรูปของตำแหน่ง (Position) ความเร็ว (velocity) หรือ อัตราเร่ง (Acceleration)
พื้นฐานของระบบควบคุม
ระบบการควบคุม คือ รูปแบบของระบบใด ๆ ที่มีการจัดองค์ประกอบต่าง ๆ ภายในระบบเพื่อให้มีผลตอบสนองของระบบเป็นไปตามที่ต้องการ ส่วนมากอาศัยพื้นฐานทฤษฎีระบบเชิงเส้นมาช่วยในการวิเคราะห์ พิจารณาถึงความสัมพันธ์ระหว่างเหตุผล (Cause effect) ของแต่ละองค์ประกอบของระบบ ซึ่งองค์ประกอบที่สำคัญ 3 ส่วนดังนี้
1) วัตถุประสงค์ของการควบคุม (Input)
2) กระบวนการ ขั้นตอน หลักที่ใช้ในการควบคุม (Process)
3) ค่าที่ได้รับจริง (Output)
ประเภทของการควบคุม
1) ระบบควบคุมแบบเปิด (Open-loop control system)
2) ระบบควบคุมแบบปิด (Closed-loop control system)
1) ระบบควบคุมแบบเปิด (Open-loop control system)
เป็นระบบที่ค่าเอาต์พุตไม่มีผลต่อการควบคุมขบวนการของระบบ คือ ไม่มีการนำเอาค่าเอาต์พุตที่ได้กลับมาเปรียบเทียบกับค่าอินพุตที่ป้อนให้กับระบบ
- ไม่มีการนำสัญญาณทางด้านเอาต์พุตป้อนกลับทางด้านอินพุต
- ระบบไม่มีความซับซ้อน
- ระบบใช้กับงานที่ไม่ต้องการความแม่นยำ
- เป็นระบบควบคุมที่ประหยัด
2) ระบบควบคุมแบบปิด (Closed-loop control system)
เป็นระบบที่นำสัญญาณจากเอาต์พุตของระบบ ป้อนกลับมาเปรียบเทียบกับสัญญาณอินพุตที่ป้อนให้กับระบบ ซึ่งผลต่างระหว่างสัญญาณทั้งสองที่นำมาเปรียบเทียบนั้นจะเป็นค่าผิดพลาด (Error) เพื่อที่จะใช้เป็นสัญญาณป้อนเข้าตัวควบคุม (Controller) ให้ตัวควบคุมนำไปสร้างสัญญาณควบคุมใหม่เพื่อลดความผิดพลาดที่เกิดขึ้นในระบบและทำให้เอาต์พุตของระบบเข้าสู่ค่าที่ต้องการ (Set point)
วิธีการควบคุมแบบป้อนกลับ
1. วิธีไฮดรอลิก ได้แก่ การใช้ทุ่นลอย สำหรับควบคุมระดับน้ำ
2. วิธีควบคุมด้วยความร้อน ได้แก่ การใช้แถบโลหะสองชนิดผนึกติดกัน สำหรับควบคุมความร้อน เนื่องจากโลหะต่างชนิดกัน จะยืดหดไม่เท่ากัน แต่เมื่อถูกผนึกติดกันแล้วมีอุณหภูมิเปลี่ยนแปลง ทำให้แถบโลหะนี้โก่งงอ เมื่อตรึงปลายหนึ่งเอาไว้แล้ว การโก่งงอนี้ทำให้อีกปลายหนึ่งใช้เป็นสวิตช์ไฟฟ้าได้ เครื่องแบบนี้มักจะใช้ควบคุมอุณหภูมิในตู้เย็นหรือห้องปรับอากาศให้มีอุณหภูมิคงที่ เมื่ออุณหภูมิลดลงจนเย็นเกินไปปลายแถบโลหะจะถ่างออกจากปุ่มสัมผัส ทำให้กระแสไฟฟ้าหยุด
3. วิธีควบคุมด้วยความเฉื่อย
4. วิธีควบคุมด้วยแสง ได้แก่ การใช้โฟโตเซลล์ เป็นเครื่องเปลี่ยนพลังงานแสงให้กลายเป็นพลังงานไฟฟ้า เช่น โฟโตเซลล์ที่ใช้เป็นสวิตช์ไฟอัตโนมัติสำหรับโคมไฟบนถนนหลวงพอท้องฟ้ามืด สวิตช์นี้ก็จะเปิดไฟถนนทันที หลักการคล้ายกันนี้ใช้กับเครื่องบังคับเปิดปิดประตูอัตโนมัติ เช่น รถยนต์ผ่านไปยังลำแสงที่ฉายอยู่ เป็นการกระตุ้นให้ระบบอัตโนมัติส่งสัญญาณไปเปิดประตู
5. วิธีควบคุมด้วยคลื่นวิทยุเรดาร์ ได้แก่ การใช้คลื่นสะท้อนสำหรับควบคุมทิศทาง เช่น ปืนต่อสู้อากาศยาน ซึ่งควบคุมการยิงด้วยระบบเรดาร์ เครื่องเรดาร์บนรถยนต์จะจับทิศทางและความเร็วของเครื่องบินเป้า และป้อนข้อมูลนี้เข้าเครื่องคำนวณแล้วส่งคำสั่งยิงเป็นสัญญาณกระตุ้นไปยังปืนป.ต.อ. สัญญาณนี้จะถูกขยายกำลังและหมุนมอเตอร์ปรับมุมยิงของปืนเพื่อยิงดักความคลาดเคลื่อนของกระสุนจากเป้าหมายจะถูกเครื่องเรดาร์บันทึกไว้ และส่งสัญญาณป้อนย้อนกลับไปปรับแต่งมุมยิงของปืนอีก
6. วิธีฉายกัมมันตภาพรังสี วิธีนี้ใช้สารที่มีการแผ่รังสีกัมมันตภาพเป็นกระบวนที่ใช้ได้กว้างขวางมากและมีประสิทธิภาพ จึงนิยมใช้ควบคุมในงานอุตสาหกรรมสมัยใหม่นานาประเภท ตัวอย่างเช่น ใช้ควบคุมความหนาของกระดาษซึ่งผลิตโดยการรีดออกมาด้วยความเร็วสูง เครื่องนี้ใช้ลำแสงกัมมันตภาพรังสีฉายทะลุกระดาษ ถ้าความหนาของกระดาษผิดไปจากที่ตั้งกำหนดเกณฑ์เอาไว้ ก็จะทำให้ความเข้มของรังสีที่ทะลุผ่านเปลี่ยนไป เครื่องวัดความเข้มรังสีก็จะส่งสัญญาณกระตุ้นไปปรับแต่งเครื่องรีดทันที
7. วิธีนิวแมติค หรือแรงอัดดันของอากาศ ได้แก่ การใช้กล่องแบบโป่งแฟบได้คล้ายหีบเพลงชักเพื่อควบคุมความดัน
