คอร์สตัวควบคุม PID ขั้นพื้นฐาน

“จะดีกว่าไหมครับ ที่ท่านจะได้นำตัวควบคุม PID ที่มีประสิทธิภาพไปใช้งาน นับตั้งแต่ตอนนี้ และได้ใช้งานไปตลอดชีวิตการทำงานของท่าน?”

คำถาม?

ก่อนที่ท่านจะใช้งานตัวควบคุม PID ในการควบคุมระบบ  ท่านสามารถตอบคำถามเหล่านี้ให้กับตัวท่านเองได้หรือไม่ว่า

***เราสามารถหาค่า Kp, Ki, Kd ที่เหมาะสมกับระบบ เพื่อให้ระบบควบคุมของเรามีผลตอบสนองที่ดี (ไม่มีความผิดพลาด, มีผลตอบสนองที่รวดเร็ว, มีการแกว่งและการพุ่งเกินน้อย) ได้หรือไม่?

***เราสามารถใช้งานตัวควบคุม PID ได้อย่างถูกต้องและเหมาะสมแล้วหรือไม่? และเราสามารถเขียนโปรแกรมเพื่อสร้างตัวควบคุม PID ได้ถูกต้องหรือไม่? (หากท่านมีความจำเป็นต้องเขียนโปรแกรมเพื่อสร้างตัวควบคุม PID ด้วยตัวของท่านเอง)

ซึ่งคำถามทั้งหมดนี้มีคำตอบอยู่ในคอร์สตัวควบคุม PID ขั้นพื้นฐานของ Wanno Academy ครับ

สิ่งที่ท่านจะได้เรียนรู้จากคอร์สตัวควบคุม PID ขั้นพื้นฐาน

(1) ได้เรียนรู้ขั้นตอนและรายละเอียดเช่น การเขียนโปรแกรมใน Arduino IDE, การใช้ Serial Monitor และ Serial Plotter, การใช้โปรแกรม Microsoft Excel ในการหาอัตราขยายของตัวควบคุม PID ด้วยวิธีเส้นโค้งปฏิกิริยา (Reaction curve) 

(2) ได้เรียนรู้สูตรใหม่ในการหาอัตราขยายของตัวควบคุม PID ด้วยวิธีเส้นโค้งปฏิกิริยา (Reaction Curve) ที่ผมได้วิจัยขึ้นมาโดยเฉพาะ ซึ่งเป็นสูตรที่วิธีทั่วๆไปไม่สามารถใช้ได้สำหรับระบบที่ไม่มีเวลาประวิง

(3) ตัวควบคุม PID ที่ได้จากคอร์สนี้ จะให้ผลในการควบคุมระบบที่สอดคล้องกับผลการจำลองการควบคุมระบบด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ (ดูตัวอย่างผลการทดลองได้ที่นี้ ในหัวข้อ การออกแบบระบบควบคุม) ซึ่งข้อนี้สำคัญมากสำหรับนักศึกษา ป.โท และ ป.เอก ในการทำวิจัยในงานด้านการควบคุม (***หมายเหตุ: เรื่องการทำให้ผลในการควบคุมระบบสอดคล้องกับผลการจำลองการควบคุมระบบด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ไม่ได้สอนในคอร์สนี้)

(4) ได้เรียนรู้การสร้างตัวควบคุม PID และการหาอัตราขยายของตัวควบคุม PID โดยคณิตศาสตร์ที่ใช้ในการเขียนโปรแกรมระบบควบคุม  PID มีเพียงแค่ บวก ลบ คูณ หาร เท่านั้น และไม่ต้องใช้ฟังก์ชันถ่ายโอน (Transfer function) ในการคำนวณเพื่อหาอัตราขยายของตัวควบคุม PID สำหรับคอร์สเรียนนี้

(5) ได้เรียนรู้ถึงข้อจำกัด ปัญหา การหลีกเลี่ยงและการแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นในการใช้งานตัวควบคุม PID

(6) ได้เรียนรู้เทคนิคในการนำแพลตฟอร์ม Arduino และโปรแกรมต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง ในการนำมาประยุกต์ใช้งานด้านการวัดและการควบคุม เช่น

    • เทคนิคการพล็อตกราฟด้วย Serial Plotter ที่ทำให้ค่าฐานเวลาในการพล็อตคงที่ (ปกติจะไม่คงทีเมื่อมีการเพิ่มหรือลดโค๊ด) ทำให้เราทราบเวลาที่เป็นจริงของสัญญาณที่เราพล็อต
    • เทคนิคในการล็อคค่าสัญญาณแล้วนำไปพล็อตในโปรแกรม Microsoft Excel ให้สวยและเหมาะในการนำไปทำรายงานหรืองานวิจัย เป็นต้น

ซอฟต์แวร์ที่ใช้ในคอร์ส

1. Windows 10

2. Arduino IDE 1.8.19

3. Microsoft Excel

รูปแบบการเรียนรู้ของคอร์ส

  • เรียนรู้ผ่านการดู VDO บันทึกการสอนประมาณ 42 ชั่วโมง
  • ผู้เรียนสามารถชื้อชุดทดลองอย่างง่ายมาเรียนรู้ควบคู่กันได้เพื่อเสริมความเข้าใจให้ดียิ่งขึ้น (ผู้สอนได้เลือกใช้ชุดทดลองที่มีราคาไม่แพงและสามารถหาชื้อได้ทั่วไปทางอินเตอร์เน็ต)
  • ผู้เรียนสามารถนำประเด็นที่สงสัย ข้อที่ไม่เข้าใจ หรือต้องการความรู้เพิ่มเติมในเรื่องที่ผู้เรียนสนใจ มาสอบถามผู้สอนเป็นการส่วนตัวผ่านทาง VDO ออนไลน์ ซึ่งผู้สอนได้จัดเวลาตรงส่วนนี้ไว้ให้ผู้เรียน 4 ชั่วโมง ซึ่งผู้เรียนสามารถเลือกวันและเวลาได้ตามที่ผู้เรียนสะดวกผ่านทางหน้าเพจ Facebook: Wanno Academy 

“การได้เรียนรู้และได้สอบถามกับผู้สอนเป็นการส่วนตัวเป็นการเพิ่มศักยภาพในการเรียนรู้ซึ่งจะส่งผลให้ท่านประสบความสำเร็จในการเรียนรู้เร็วยิ่งขึ้น”

รายละเอียดของคอร์สตัวควบคุม PID ขั้นพื้นฐาน

คอร์สตัวควบคุม PID ขั้นพื้นฐานนี้จะมีอยู่ด้วยกันทั้งหมด 12 บท โดยจะแบ่งออกเป็น 2 ส่วนด้วยกันคือ

Part 1: ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับระบบควบคุมและการสร้างตัวควบคุม PID

  • ส่วนนี้จะประกอบไปด้วยบทที่ 1 ถึง บทที่ 9
  • ส่วนนี้จะกล่าวถึงความรู้พื้นฐานที่เกี่ยวกับระบบควบคุม พื้นฐานการใช้งานไมโครคอนโทรลเลอร์ในระบบควบคุม การหาค่าอัตราขยายของตัวควบคุม PID และการเขียนโปรแกรมเพื่อสร้างตัวควบคุม PID
  • โดยในส่วนนี้จะใช้วงจร RC เป็นระบบที่ถูกควบคุม ซึ่งวงจร RC ที่เลือกมาใช้ในคอร์สนี้เป็นวงจรอย่างง่ายและผู้เรียนสามารถชื้ออุปกรณ์มาทดลองได้ง่ายเพราะมีขายอยู่ทั่วไปในอินเตอร์เน็ต
  • เมื่อผู้เรียนได้เรียนจนจบตั้งแต่บทที่ 1 ถึงบทที่ 9 ผู้เรียนจะมีความรู้และโปรแกรมทุกอย่างที่ครบถ้วนที่เกี่ยวกับตัวควบคุม PID ขั้นพื้นฐาน เพียงพอที่จะนำไปประยุกต์ใช้งานในการควบคุมระบบต่างๆ ได้แล้ว

Part 2: ปัญหาที่อาจเกิดขึ้นและการประยุกต์ใช้งานตัวควบคุม PID

  • ส่วนนี้จะประกอบไปด้วยบทที่ 10 ถึง บทที่ 12
  • บทที่ 10 จะชี้ให้เห็นผลซึ่งเป็นปัญหาจากการอิ่มตัวของตัวแปรควบคุมที่เกิดขึ้นได้ในระบบควบคุม เพื่อให้ผู้เรียนหรือผู้ใช้งานได้ทราบการมีอยู่ของปัญหา เพื่อที่จะได้หลีกเลี่ยงหรือแก้ไขเพื่อให้ได้ผลตอบสนองที่ดีขึ้นกว่าเดิม
  • บทที่ 11 จะเป็นการแสดงให้เห็นถึงการนำเอาความรู้จากบทที่ 2 ถึงบทที่ 10 มาประยุกต์ใช้งานในการควบคุมความเร็วรอบมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
  • บทที่ 12 จะเป็นการแสดงให้เห็นถึงการนำเอาความรู้จากบทที่ 2 ถึงบทที่ 10 มาประยุกต์ใช้งานในการควบคุมอุณหภูมิของเตาอบ

หมายเหตุ: ผู้เรียนสามารถเลือกชื้อคอร์สนี้ได้จากตัวเลือกข้อใดข้อหนึ่งดังนี้ครับ

  1. ชื้อเฉพาะ Part 1 อย่างเดียว
  2. ชื้อ Part 1 ก่อนแล้วจึงค่อยชื้อ Part 2 ในครั้งหลัง
  3. ชื้อทั้ง Part 1 และ Part 2 พร้อมกัน (ราคาจะถูกว่า ข้อ 2)

Part 1: ความรู้พื้นฐานและการสร้างตัวควบคุม PID

โดยเนื้อหาและตัวอย่างผลการทดลองที่อยู่ภายใน Part 1 มีดังนี้คือ

บทที่ 1 แนะนำคอร์สตัวควบคุม PID ขั้นพื้นฐาน

บทนี้จะเป็นการแนะนำว่าในคอร์สตัวควบคุม PID ขั้นพื้นฐานมีทั้งหมดกี่บทและเนื้อหาในแต่ละบทจะต้องเรียนอะไรบ้าง

บทที่ 2 พื้นฐานความรู้เกี่ยวกับระบบควบคุม

ในบทนี้จะเป็นการสอนเกี่ยวกับพื้นฐานของระบบควบคุม คำศัพท์ต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง เพื่อเป็นการปูพื้นฐานที่จำเป็นต้องใช้ในการเรียนในคอร์สนี้

ส่วนหนึ่งจากเนื้อหาในบทนี้

ตัวอย่างเนื้อหาในเรื่องประเภทของระบบควบคุม

open-loop-control-system-block-diagram
ระบบควบคุมแบบวงเปิด (Open-loop control)
closed-loop-control-block-diagram
ระบบควบคุมแบบวงปิด (Closed-loop control)

ตัวอย่างเนื้อหาในเรื่องผลตอบสนองของระบบควบคุม

transient-steady-state-response
ผลตอบสนองชั่วครู่และผลตอบสนองที่สถานะอยู่ตัว
overshoot-response
ผลตอบสนองที่มีการพุ่งเกิน

บทที่ 3 ชุดทดลองสำหรับการควบคุม

ในบทนี้จะเป็นการแนะนำชุดทดลองสำหรับการควบคุมที่ใช้ในการเรียนในคอร์สนี้ โดยในบทนี้จะมุ่งเน้นเนื้อหาไปที่การแบ่งลักษณะของผลตอบสนองของตัวแปรเอาต์พุตในระบบควบคุม และการสร้างตัวเลียนแบบระบบเพื่อใช้ในการทดลองระบบควบคุม

ในคอร์สนี้จะมีชุดทดลองสำหรับการควบคุม 4 ชุดด้วยกันคือ 

  1. ระบบควบคุมแรงดันเอาต์พุตของวงจร RC ที่ไม่มีเวลาประวิง

  2. ระบบควบคุมแรงดันเอาต์พุตของวงจร RC ที่มีเวลาประวิง

  3. ระบบควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์

  4. ระบบควบคุมอุณหภูมิของเตาอบ

***หมายเหตุ: คอร์สนี้ไม่มีชุดการทดลองให้ แต่ชุดทดลองที่ 1 และ 2 คือ จงจร RC ผู้เรียนสามารถชื้ออุปกรณ์มาทดลองร่วมกับคอร์สนี้ได้เพื่อเสริมความเข้าใจในการเรียนรู้ เพราะราคาโดยรวมของอุปกรณ์ไม่แพงมากและสามารถหาชื้อได้ทั่วไปในอินเตอร์เน็ต

(รายละเอียดของแต่ละชุดการทดลองจะอยู่ในคอร์สเรียน)

Voltage control system of non-delay time RC circuit
Voltage control system of delay time RC circuit
Motor speed control system
Oven temperature control system

บทที่ 4 การใช้งานบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์

บทนี้จะเป็นการสอนการใช้งานบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์รุ่น UNO ร่วมกับโปรแกรม Arduino IDE เพื่อวัดแล้วแสดงผลสัญญาณและส่งค่าออกจากไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อควบคุมระบบ

ตัวอย่างส่วนหนึ่งจากเนื้อหาในบทนี้

hardware-configuration
การเชื่อมต่อบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์เข้ากับวงจร RC
transfer-description
ขั้นตอนการถ่ายโอนการเขียนโปรแกรมแบบธรรมดาไปเป็นแบบ Function
function-coding
การเขียนโปรแกรมแบบใช้ Function
serial-plotter
การแสดงผลตัวแปรต่างๆ ของระบบควบคุมด้วย Serial Plotter

บทที่ 5 การสร้างวงรอบการชักตัวอย่าง

ตัวควบคุม PID ต้องการวงรอบการชักตัวอย่างสัญญาณและวงรอบในการคำนวณ PID ที่คงที่ เพื่อให้ผลที่ได้จากการประมวลผลของตัวควบคุม PID ไม่ผิดเพี้ยนซึ่งจะส่งผลต่อผลตอบสนองของตัวแปรเอาต์พุตระบบควบคุม

ส่วนหนึ่งจากเนื้อหาในบทนี้

จากรูปเป็นการตรวจสอบว่าวงรอบการชักตัวอย่างสัญญาณมีค่าถูกต้องและคงที่ตามที่ได้กำหนดไว้ในโปรแกรมหรือไม่ โดยการตรวจสอบจะใช้ตัวจับเวลาของ Microsoft Windows ในการตรวจสอบ ซึ่งรายละเอียดในการตรวจสอบจะถูกอธิบายอย่างละเอียดภายในคอร์สเรียน

sampling-checking

บทที่ 6 การควบคุมแบบวงเปิด (Open-Loop Control)

ในบทนี้จะเป็นการสอนตัวควบคุมที่ง่ายที่สุดในคอร์สนี้ ซึ่งง่ายต่อการสร้างและการทำความเข้าใจคือ ตัวควบคุมแบบวงเปิด ซึ่งเนื้อหาในบทนี้จะเป็นพื้นฐานที่สำคัญในการนำไปสร้างตัวควบคุม  PID ในบทถัดไป

ส่วนหนึ่งของเนื้อหาและผลการทดลองในบทนี้

rc-voltage-control-system
วงจรระบบควบคุมแรงดันเอาต์พุตของวงจร RC
open-loop-block-diagram
บล็อกไดอะแกรมการควบคุมแบบวงเปิดของระบบควบคุมแรงดันเอาต์พุตของวงจร RC
rc-open-loop-control-code
ส่วนหนึ่งของโปรแกรมระบบควบคุมแบบวงเปิด
Serial plotter Arduino platform
คำอธิบายตัวแปรต่างๆ ของหน้าต่างแสดงผล Serial Plotter ของ Arduino IDE

ตัอย่างผลการทดลอง

Open-loop voltage control of RC circuit: reference tracking
การติดตามการเปลี่ยนแปลงตัวแปรอ้างอิง
Open Loop Voltage Control of RC Circuit--Disturbance Rejection
การกำจัดการรบกวนที่เกิดขึ้นในระบบควบคุม

บทที่ 7  ตัวควบคุม PID

บทนี้จะเป็นเนื้อหาเกี่ยวกับตัวควบคุม PID สมการทางคณิตศาสตร์ของตัวควบคุม PID ผลของ P, I และ D ที่ส่งผลต่อตัวแปรเอาต์พุตของระบบ การแปลงสมการทางคณิตศาสตร์ของตัวควบคุม PID ไปเป็นโปรแกรมตัวควบคุม PID และจะนำความรู้จากบทที่แล้วคือตัวควบคุมแบบวงเปิดมาพัฒนาต่อให้กลายเป็นตัวควบคุม PID ซึ่งตัวควบคุม PID ที่ได้สร้างขึ้นมาในบทนี้จะมีส่วนของ Anti-windup ซึ่งจะเป็นส่วนที่ป้องกันการเกิดปริพันธ์สะสมที่อาจจะเกิดขึ้นได้ในตัวควบคุม PID หากไม่มีส่วนนี้เมื่อเกิดปริพันธ์สะสมจะส่งผลทำให้เกิดปัญหาการพุ่งเกินของเอาต์พุตที่มากจนเกินไป

ส่วนหนึ่งจากเนื้อหาและผลการทดลองในบทนี้

pid-block-diagram
บล็อกไดอะแกรมระบบควบคุมด้วยตัวควบคุม PID
pid-code
ส่วนหนึ่งของโปรแกรมระบบควบคุมแบบ PID
PID without Anti-windup
PID with Anti-windup

ผลการทดลองเปรียบเทียบ PID ที่มีและไม่มี Anti-windup

บทที่ 8 การหาอัตราขยายของตัวควบคุม PID

ตัวควบคุม PID ต้องการอัตราขยาย (Kp, Ki, Kd) ที่เหมาะสมกับระบบที่ถูกควบคุม ค่าอัตราขยายที่เหมาะสมกับระบบจะทำให้ผลตอบสนองของตัวแปรเอาต์พุตมีสมรรถนะที่ดี และในทางตรงกันข้ามค่าอัตราขยายที่ไม่เหมาะสมกับระบบจะทำให้ผลตอบสนองของตัวแปรเอาต์พุตมีสมรรถนะที่ไม่ดีเช่นกัน ซึ่งวิธีในการหาค่าอัตราขยายของตัวควบคุม PID ที่ได้เลือกใช้ในคอร์สนี้คือการหาผ่านทางวิธีเส้นโค้งปฏิกิริยา (Reaction curve)

ส่วนหนึ่งของเนื้อหาในบทนี้

rc-reaction-curve-test-microcontroller
บล็อกไดอะแกรมเพื่อทดสอบหาเส้นโค้งปฏิกิริยา
Non-delay Time System PID Calculation
Delay Time System PID Calculation

การหาอัตราขยายตัวควบคุม PID ด้วยเส้นโค้งปฏิกิริยา (Reaction curve)

บทที่ 9 การทดลองการควบคุมแรงดันเอาต์พุตของวงจร RC ด้วยตัวควบคุม PID

ในบทนี้จะเป็นการนำเอาอัตราขยายของตัวควบคุม PID ที่ได้จากบทที่ 8 มาทดลองเพื่อควบคุมแรงดันเอาต์พุตของวงจร RC เพื่อให้ได้ค่าตามตัวแปรอ้างอิงที่ต้องการ

ส่วนหนึ่งของเนื้อหาในบทนี้

Open-loop voltage control of RC circuit: reference tracking
PID voltage control of RC circuit: reference tracking

การติดตามการเปลี่ยนแปลงตัวแปรอ้างอิง

Open-loop voltage control of RC circuit: disturbance rejection

การกำจัดการรบกวนที่เกิดขึ้นในระบบควบคุม

สิ่งที่ท่านจะได้รับจาก Part 1

1. วีดีโอความยาวมากกว่า 22 ชั่วโมง โดยจะส่งเป็น Flash Drive (Flash Drive ขนาด 32 GB) ไปให้ผู้เรียนเก็บไว้เป็นของท่าน

2. จำนวนชั่วโมงในการสอน การตอบคำถาม ผ่านทาง VDO ออนไลน์แบบตัวต่อตัวกับผู้สอน จำนวน 2 ชั่วโมง โดยที่ผู้เรียนสามารถเลือกจองวันและเวลาเรียนตามที่ผู้เรียนสะดวกได้ที่เพจ Facebook: Wanno Academy และผู้เรียนสามารถชื้อจำนวนชั่วโมงเพิ่มเติมได้ตามต้องการ (ชั่วโมงละ 300 บาท)

3. ซอร์สโค๊ดที่ใช้ในการทดลองทั้งหมดของ Part 1

4. ไฟล์ของโปรแกรม Microsoft Excel ที่ใช้ในการคำนวณหาค่าอัตราขยายของตัวควบคุม PID

ราคาคอร์สตัวควบคุม PID ขั้นพื้นฐาน Part 1

ราคาคอร์ส

ราคา 5,500 บาท

เปรียบเทียบราคา

คอร์สที่สอน PID ตามสถาบันการศึกษา

ราคา 5,900 บาท

จำนวนวัน 2 วัน วันละ 7 ชั่วโมง ดังนั้นจำนวนชั่วโมงทั้งหมดเท่ากับ 14 ชั่วโมง

5900 บาท/14 ชม. =     421.428 บาทต่อชั่วโมง

คอร์สตัวควบคุม PID ขั้นพื้นฐานของ Wanno Academy

ราคา 5,500 บาท

จำนวนชั่วโมง   VDO 22 ชม.+ ตอบคำถาม 2 ชม. รวมทั้งหมดเท่ากับ 24 ชั่วโมง

5,500 บาท/24 ชม. =     229.167 บาทต่อชั่วโมง

หมายเหตุ: ก่อนจะตัดสินใจชื้อคอร์ส พูดคุยกับ Wanno Academy กันก่อนครับ เพื่อที่ท่านจะได้รู้ว่าเนื้อหาภายในคอร์สนี้ตรงตามที่ท่านต้องการหรือไม่ โดยกดปุ่มด้านล่างนี้ได้เลยครับ

“จะดีกว่าไหมครับ ที่ท่านจะได้นำ PID ที่มีประสิทธิภาพไปใช้งาน นับตั้งแต่ตอนนี้ และได้ใช้งานไปตลอดชีวิตการทำงานของท่าน?”

พูดคุยกับ Wanno Academy ก่อนจะตัดสินใจชื้อคอร์สนี้ กดปุ่มนี้ได้เลยครับ

Facebook: Wanno Academy

(เมื่อเข้า Wanno Acedemy ได้แล้ว กดส่งข้อความ เพื่อพูดคุย สอบถามข้อมูลเพิ่มเติมหรือชื้อคอร์สนี้ได้เลยครับ)

หรือสามารถส่ง Email มาได้ที่

wanno.acad@gmail.com

Part 2: ปัญหาที่อาจเกิดขึ้นและการประยุกต์ใช้งานตัวควบคุม PID