การเปรียบเทียบประสิทธิภาพการควบคุม PI และ PID พร้อมตัวกรองคาลมานสำหรับการควบคุมความเร็ว DC มอเตอร์ด้วยโปรแกรม MATLAB/Simulink
คำสำคัญ:
มอเตอร์กระแสตรง, การกำจัดโอเวอร์ชูต, ทฤษฎีซิกเลอร์-นิโคลส์, ทฤษฎีCHR, ทฤษฎีpole placement, ตัวกรองคาลมานบทคัดย่อ
การผสมอย่างมีประสิทธิภาพจำเป็นในกระบวนต่อเนื่องทางอุตสาหกรรมต่าง ๆ เพื่อความเป็นเนื้อเดียวกันและความสม่ำเสมอของระบบ การควบคุมความเร็วมอเตอร์กระแสตรงมีความสำคัญต่อกระบวนการผสม ในการศึกษานี้จะเปรียบเทียบตัวควบคุม PI และตัวควบคุม PID ที่มีตัวกรองลำดับแรกอย่างง่ายที่ออกแบบใน MATLAB / Simulink โดยใช้วิธีการปรับแต่งที่แตกต่างกันสามวิธีคือ Ziegler-Nichols (ZN), Chien-Hrones-Reswick (CHR) และวิธีการออกแบบตำแหน่งเสาแบบวงปิด (Pole placement) จุดประสงค์ของการควบคุมความเร็วมอเตอร์กระแสตรงคือการตอบสนองอย่างรวดเร็วโดยปราศจากโอเวอร์ชูตเพื่อป้องกันความเสียหายของมอเตอร์กระแสตรง ดังนั้นตัวกรองคาลมานจึงถือเป็นตัวกรองในการกำจัดไม่ให้เกิดโอเวอร์ชูต เครื่องเข้ารหัสตรวจจับสัญญาณเอาท์พุตของมอเตอร์และจะถูกแปลงเป็นรอบต่อนาที (rpm) ก่อนที่จะผ่านการลดสัญญาณรบกวนและตัวควบคุมตามลำดับ อินพุตของมอเตอร์เป็นสัญญาณวัฏจักรการมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) ซึ่งกำหนดไว้ในช่วง 0-255 ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าตัวกรองคาลมานนั้นยอดเยี่ยมในทุกกรณีที่มีตัวรบกวนต่อความเร็วของมอเตอร์กระแสตรงมากเกินไป อีกทั้งยังสามารถประเมินสถานะได้อย่างแม่นยำและสามารถใช้เพื่อลดความก้าวร้าวของการตอบสนองของมอเตอร์กระแสตรง นอกจากนี้ยังเปรียบเทียบประสิทธิภาพการควบคุมความเร็วมอเตอร์ DC ของตัวควบคุมที่ใช้วิธีการปรับแต่งที่แตกต่างกันสามวิธี พบว่าวิธี pole placement ที่ใช้ตัวควบคุม PID พร้อมตัวกรองคาลมานให้การตอบสนองที่มีประสิทธิภาพสูงสุดโดยปราศจากโอเวอร์ชูตสำหรับค่าความเร็วที่ต้องการทุกๆค่า
References
Chau, K.T., Ye, S., Gao, Y. and Chen, J.H. Application of Chaotic-Motion Motors to Industrial Mixing Processes. Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2004;3:1874-1880.
Loucif, F. DC Motor Speed Control Using PID Controller. International Conference on Control, Automation and Systems, June 2-5, KINTEX, Gyeonggi-Do, Korea, 1–5.
Vikhe, S. P., Punjabi, N. and Kadu, B. C. DC Motor Speed Control Using PID Controller in Lab View. International Journal of Innovative Science and Modern Engineering, 2015; 3:38–41.
Hamoodi, S.A., Mohammed, R.A. and Salih B.M., DC Motor Speed Control Using PID Controller Implementation by Simulink and Practical. International Journal of Electrical Engineering, 2018; 11(1):39–49.
Husnaini, T., Krismadinata, Asnil and Hastuti. PI and PID Controller Design and Analysis for DC Shunt Motor Speed Control. International Journal of Recent Technology and Engineering, 2019; 8(4): 144-150.
Kumar, R. and Murthy, R. Kalman Filter for Speed Control of DC Motor for Robotic Safety Critical Application. 2nd National Conference on Emerging Trends in Science and Technology, May 12, Sapthagiri College of Engineering, Bangalore,2015.
Abdulameer, A., Sulaiman, M., Aras, M. and Saleem D. Tuning Methods of PID Controller for DC Motor Speed Control. Electrical Engineering and Computer Science, 2016; 3(2):343 –349.
Allam, T., Raju, M. and Kumar, S.S. Design of PID controller for DC Motor Speed Control Using Arduino Microcontroller. International Research Journal of Engineering and Technology, 2016;3(9):791–794.
Ali, M.A., Mohammed, A.H. and Alwan, H.M. Tuning PID Controllers for DC Motor by Using Microcomputer. International Journal of Applied Engineering, 2019;14(1):202–206.
Wade, H. L. Basic and Advanced Regulatory Control: System Design and Application. The Instrumentation, System and Automation Society, North Carolina, 2004.
Shabaan, A.R., El-Metwally,A.M., Farghaly, M.M.A. and Sharawi, A.A. PID and Fuzzy Logic Optimized Control for Temperature in Infant Incubators. International Conference on Modelling, Identification and Control, August 31-September 2, Cairo, Egypt,2017;53-59.
Gaeid, K.S. Optimal Gain Kalman Filter Design with DC Motor Speed Controlled Parameters. Journal of Asian Scientific Research, 2013; 3(12):1157–1172.
Maung, M.M., Latt, M.M. and New, C.M. DC Motor Angular Position Control using PID Controller with Friction Compensation. International Journal of Scientific and Research Publications, 2018; 8(11):149–155.
Javiya, S.N. and Kumar, A. Comparisons of Different Controller for Position Tracking of DC Servo Motor. International journal of Advance Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, 2016; 5(2):966-974.
Downloads
เผยแพร่แล้ว
ฉบับ
บท
License
ลิขสิทธิ์ของบทความที่ตีพิมพ์ในวารสารฉบับนี้จะยังเป็นของผู้แต่งและยินยอมให้สิทธิ์เผยแพร่กับทางวารสาร
การเผยแพร่ในระบบวารสารแบบเปิดนี้ บทความจะสามารถนำไปใช้ได้ฟรีในการศึกษา และในทางที่ไม่เกี่ยวกับการค้า
