ตัวเลียนแบบ (Emulator) คือ ระบบที่ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อเลียนแบบพฤติกรรมของอีกระบบหนึ่งซึ่งในบทความนี้คือ ตัวเลียนแบบมอเตอร์ (Motor Emulator)
ตัวเลียนแบบคืออะไร
ตัวเลียนแบบ (Emulator) คือ ระบบที่ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อเลียนแบบพฤติกรรมของอีกระบบหนึ่ง ซึ่งระบบที่ถูกเลียนแบบในบทความนี้จะเรียกว่าระบบจริง (Real system) ซึ่งโดยปกติแล้วตัวเลียนแบบจะมีขนาดที่เล็กกว่าระบบจริงมาก
จุดประสงค์ที่สร้างตัวเลียนแบบขึ้นมาก็เพื่อที่จะนำตัวเลียนแบบซึ่งมีพฤติกรรมที่เหมือนหรือคล้ายกับระบบจริงนี้ไปเป็นตัวแทนของระบบจริงเพื่อใช้สำหรับการฝึกการควบคุมระบบของผู้ที่กำลังศึกษาระบบควบคุม
เมื่อได้ทำการฝึกควบคุมระบบด้วยตัวเลียนแบบเรียบร้อยแล้ว ก็จะนำความรู้ที่ได้จากการฝึกจากตัวเลียนแบบนี้ไปประยุกต์ใช้กับระบบจริงต่อไป
ตัวเลียนแบบมอเตอร์ (Motor Emulator)
ตัวอย่างตัวเลียนแบบดังรูปที่ 1 ระบบจริงที่กำลังพิจารณาคือระบบการขับเคลื่อนมอเตอร์กระแสตรง (DC Motor Drive System) ซึ่งอยู่ในกรอบสี่เหลี่ยมเส้นประสีเขียวทางด้านขวาของรูปที่ 1
ระบบจริงนี้ได้ถูกเลียนแบบพฤติกรรมด้วยตัวเลียนแบบคือวงจรตัวต้านทานต่อร่วมกับตัวเก็บประจุ (ต่อไปจะเรียกว่าวงจร RC) ซึ่งอยู่ในกรอบสี่เหลี่ยมเส้นประสีเขียวทางด้านซ้ายของรูปที่ 1
รูปที่ 2 แสดงลักษณะการต่อวงจรของตัวเลียนแบบ
โดยพฤติกรรมที่ต้องการเลียนแบบในบทความนี้คือ ผลตอบสนองความเร็วรอบของมอเตอร์ (Motor speed response) ที่มีต่ออินพุตแบบฟังก์ชันขั้นบันได (Step function input)
การทดสอบเพื่อดูผลการเลียนแบบ
การทดสอบเพื่อดูผลการเลียนแบบพฤติกรรมของตัวเลียนแบบว่ามีผลตอบสนองสอดคล้องกับระบบจริงหรือไม่ สามารถทำได้ดังบล็อคไดอะแกรมดังรูปที่ 3
การทดสอบจะกระทำด้วยแพลตฟอร์มของ Arduino โดยเขียนโปรแกรมให้บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ UNO จ่าสัญญาณฟังก์ชันขั้นบันไดให้เป็นอินพุตให้กับทั้งตัวเลียนแบบและระบบจริง จากนั้นให้บอร์ด UNO วัดสัญญาณเอาต์พุตของทั้ง 2 ระบบมาเปรียบเทียบกัน ซึ่งจะได้ผลดังรูปที่ 4
จากรูปที่ 4 จะเห็นได้ว่าสัญญาณเอาต์พุตของตัวเลียนแบบคือเส้นสีส้มนั้นมีความใกล้เคียงกับสัญญาณเอาต์พุตของระบบจริง ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ว่าตัวเลียนแบบที่ได้สร้างขึ้นมานี้เป็นตัวแทนที่ดีของระบบจริงที่กำลังพิจารณา
ขั้นตอนถัดไปสำหรับผู้ที่กำลังศึกษาระบบควบคุมคือ จะนำเอาตัวเลียนแบบที่ได้นี้ไปใช้ไปใช้เป็นตัวแทนของระบบจริง ซึ่งมันจะเป็นพลานต์ในระบบควบคุม โดยเราจะทำการออกแบบตัวควบคุม เพื่อควบคุมพลานต์นี้ให้ได้ตัวแปรเอาต์ตามที่เราต้องการต่อไป
เมื่อเราสามารถควบคุมตัวเลียนแบบให้ได้เอาต์พุตตามที่เราต้องการได้แล้ว ก็ถือได้ว่าเราได้สำเร็จการเรียนรู้การควบคุมระบบนี้แล้วส่วนหนึ่ง
ในขั้นถัดไปสำหรับผู้ศึกษาระบบควบคุมคือ เพื่อให้มีความเข้าใจในการเรียนรู้ระบบควบคุมมากขึ้นไปอีก ก็จะนำตัวควบคุมและความรู้ที่ได้จากการควบคุมตัวเลียนแบบนี้ไปประยุกต์ใช้กับระบบจริงต่อไป
ตัวอย่างของผลการควบคุมที่มีการเปรียบเทียบกันระหว่างการควบคุมระบบจริงและการควบคุมตัวเลียนแบบ จะอยู่ในบทความถัดๆ ไปหลังจากนี้
ข้อดีของการใช้ตัวเลียนแบบในการออกแบบระบบควบคุม
ตัวเลียนแบบระบบเหมาะสำหรับใช้ทำเป็นชุดฝึกระบบคุมสำหรับผู้เริ่มต้นศึกษาเรียนรู้ระบบควบคุมเนื่องจาก
ใช้อุปกรณ์น้อยเมื่อเทียบกับระบบจริง ทำให้ราคาถูกลงมาก และเหมาะกับสถานศึกษาที่ต้องการทำหลายๆ ชุดเพื่อใช้เป็นชุดทดลองระบบควบคุมสำหรับผู้เริ่มต้น
เมื่ออุปกรณ์น้อย การเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ก็น้อย ทำให้โอกาศในความผิดพลาดของการเชื่อมต่อวงจรก็น้อยลงตามไปด้วย
ในขณะทดลองควบคุมระบบ หากเกิดความผิดพลาดในการควบคุม โดยปกติตัวเลียนแบบจะไม่เกิดความเสียหาย ซึ่งต่างจากระบบจริง หากไม่มีระบบป้องกันที่ดีพอก็จะทำให้เกิดความเสียหายของอุปกรณ์ขึ้นมาได้
ข้อมูลเพิ่มเติม
- บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์และโปรแกรมที่ใช้ทดลองใช้แพลตฟอร์มของ Arduino
หากท่านมีคำถามหรือข้อสงสัยประการใดสามารถสอบถามได้ที่
(เมื่อเข้า Wanno Acedemy ได้แล้ว กดส่งข้อความ เพื่อเริ่มพูดคุยกับผมได้เลยครับ)