Vertical Take-off Training Kit (PID Control) - ชุดทดลองควบคุมแกนใบพัด

Vertical Take-off Training Kit (PID Control) - ชุดทดลองควบคุมแกนใบพัด
รหัสสินค้า SD00116
หมวดหมู่ Education / STEM
ราคา 1,550.00 บาท
แก้ไขล่าสุด 8 ก.ค. 2561
ความพึงพอใจ ยังไม่มีความคิดเห็น
เร็วๆนี้
Share
Scan this!
ชุดทดลองควบคุมแกนใบพัด หรือ Vertical Take-off Training Kit คือชุดทดลองสำหรับเรียนรู้การควบคุม PID หรือการควบคุมแบบอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน ในตัวอย่างจะเน้นไปที่การเขียนสมการควบคุม PID แบบเบื้องต้นบน Arduino เริ่มตั้งแต่การควบคุม Open Loop, การควบคุมแบบ P, การควบคุมแบบ PI และการควบคุมแบบ PID เมื่อใช้งานร่วมกับ IDE ของ Arduino ผ่าน Serial Plotter จะทำให้ผู้ใช้งานสามารถเห็นกราฟความสัมพันธ์ของสัญญาณ Set Point และสัญญาณ Feed Back ได้อย่างง่ายดาย โดยไม่ต้องใช้เครื่องมือที่ซับซ้อน ราคาแพง ผู้ใช้สามารถใช้ชุดทดลองนี้ เพื่อศึกษาการจูนค่าเกน Kp, Ki, Kd สำหรับการควบคุมแบบ PID ได้ใกล้เคียงกับตัวควบคุมในอุตสาหกรรมจริงๆ

Vertical Take off Training Kit PID Control 01 Vertical Take off Training Kit PID Control 02
Vertical Take off Training Kit PID Control 03

        ชุดทดลองนี้จะช่วยให้ผู้ทดลองได้เข้าใจการควบคุม PID สำหรับการควบคุมตำแหน่งของแกนใบพัดหมุน โปรแกรมควบคุมจะทำผ่านโปรแกรม Arduino และสามารถแสดงผลเป็นกราฟ เพื่อใช้ดูผลตอบสนองของระบบซึ่งจะช่วยให้ผู้ทดลองสามารถปรับปรุงตัวควบคุม PID ให้เหมาะสมและลู่เข้าสู่ค่าที่ต้องการโดยทดลองจะแบ่งเป็นใบงานดังนี้
1. การควบคุม Open loop
2. การควบคุมแบบ P
3. การควบคุมแบบ PI
4. การควบคุมแบบ PID
5. การควบคุมแบบ PID โดยใช้ไลเบอรี่
        รูปที่ 1 เป็นลักษณะโดยทั่วไปของชุดทดลองควบคุแกนใบพัด เมื่อมองจากด้านหน้า จะเห็น บอร์ดอินเตอร์เฟส วางอยู่ด้านหน้า มีปุ่มปรับค่า set point อยู่ตรงกลาง ส่วนแกนใบพัดที่ด้านหนึ่งมีน้ำหนักถ่วงด้วยน็อตอยู่ด้านซ้าย และมอเตอร์ดีซีติดอยู่ด้านขวา เมื่อมอเตอร์หมุน จะทำให้เกิดแรงยก ทำให้แกนยกตัวสูงขึ้น โดยตำแหน่งของแกนใบพัดจะถูกตรวจจับด้วยตัวต้านทานปรับค่าได้ที่ติดอยู่ตรงกลางของแกนพลาสติก แหล่งจ่ายไฟของชุดทดลองนี้ได้จากอะแด็ปเตอร์ขนาด 12 โวลต์ ซึ่งมีช่องเสียบอยู่ด้านหลัง

Vertical Take off Training Kit PID Control 04

รูปที่ 1

 

Vertical Take off Training Kit PID Control 05

วิดีโออธิบายภาพรวมของชุดทดลอง : ชุดทดลองควบคุมแกนใบพัด

        รูปที่ 2 เป็นวงจรของบอร์ดอินเตอร์เฟส หัวใจหลักอยู่ที่ไอซีขับมอเตอร์ ULN2003 ซึ่งจะควบคุมให้มอเตอร์หมุนและหยุดหมุนตามสัญญาณ PWM ที่ผ่านจากตัวออปโต้คัปเปอร์เบอร์ PC817 โดยจะต่ออนุกรมกับ R2 และหลอด LED D2 เมื่อได้รับสัญญาณลอจิก 1 จะทำให้หลอด LED ติดสว่าง และเมื่อเป็นลอจิก 0 หลอด LED จะดับ โฟโตทรานซิสเตอร์ที่อยู่ฝั่งตรงข้ามจะนำกระแสและหยุดนำกระแสตามการติดดับของ LED กระแสที่ไหลผ่านโฟโตทรานซิสเตอร์จะไหลผ่าน R3 ลงกราวด์ เกิดเป็นแรงดันตกคร่อมผ่าน R4 ไปยังอินพุตของไอซี ULN2003 ซึ่งต่อขนานกันหมด ขณะเดียวกันเอาต์พุตก็ถูกต่อขนานด้วยเช่นกันเพื่อให้สามารถรับกระแสได้มากขึ้น 

        มอเตอร์ดีซีที่หมุนใบพัดนี้ใช้แรงดันขนาด 5 โวลต์ที่ได้จากตัวไอซีเรคกูเลเตอร์ 7805 ตัวเก็บประจุ C1 C2 จะทำหน้าที่กรองแรงดันให้ราบเรียบ ส่วนวงจรไฟเลี้ยงของตัวต้านทานปรับค่าได้ทั้งสองตัว ที่มีค่า 10k ตัวเก็บประจุ C7 C8 ทำหน้าที่ทำให้แรงดันที่ได้จากตัวต้านทานปรับค่าได้มีความราบเรียบมากขึ้น ซึ่งจะส่งผลกราฟที่แสดงดูเข้าใจง่ายขึ้นเพราะสัญญาณรบกวนลดลงVertical Take off Training Kit PID Control 23

รูปที่ 2 Schematic

        

Vertical Take off Training Kit PID Control 07

รูปที่ 3 เป็นการต่อสายสัญญาณระหว่างบอร์ด Arduino และบอร์ดอินเตอร์เฟสของชุดทดลอง

Vertical Take off Training Kit PID Control 08

คลิกที่ภาพด้านบน เพื่อดูการต่อสายสัญญาณการต่อเอาต์พุต PWM
Vertical Take off Training Kit PID Control 09

คลิกที่ภาพด้านบน เพื่อดูวิธีการต่อสายสัญญาณจากบอร์ด Arduino เข้ากับชุดทดลอง (VR)

การควบคุม Open Loop:

Vertical Take off Training Kit PID Control 10

        การควบคุมแบบ Open Loop ที่ผู้ใช้งานสามารถปรับค่าแรงดันไฟฟ้าที่จะจ่ายให้กับมอเตอร์โดยตรง ซึ่งค่าแรงดันไฟฟ้านี้คือ สัญญาณ PWM นั่นเอง การควบคุมลักษณะนี้ตัวควบคุมจะไม่รับรู้ตำแหน่งของแกนใบพัดไม่ว่าจะขึ้นลงมากหรือน้อย สัญญาณ PWM ก็จะยังคงเดิมไม่เปลี่ยนจนกว่าผู้ใช้งานจะปรับเปลี่ยนค่าเอง
        การควบคุมลักษณะนี้เรียบง่าย ไม่ซับซ้อนแต่ข้อเสียสำคัญคือ ระบบจะไม่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของระบบ กล่าวคือไม่ว่าระบบจะเป็นอย่างไร สัญญาณเอาต์พุตก็ยังคงเดิม

Vertical Take off Training Kit PID Control 11

Vertical Take off Training Kit PID Control 12

การควบคุมแบบ P: 
         การควบคุมแบบ P ย่อมาจากคำว่า Proportional เป็นหนึ่งในเทอมของการควบคุมแบบ PID ในหัวข้อนี้จะได้เรียนรู้พฤติกรรม ข้อดี ข้อเสียของ P Control
         การควบคุมแบบ PID เป็นการพิจารณาจากค่า Error ที่เกิดขึ้นจากความแตกต่างระหว่างสัญญาณ set point กับสัญญาณอินพุตป้อนกลับ (feed back) โดยมีการคูณด้วยอัตราการขยายหรือเกน เข้ากับค่า Error ที่ได้ เรียกว่าค่า K สำหรับการควบคุม P ก็จะเรียกค่าเกนว่า Kp (อ่านว่า เคพี)

Vertical Take off Training Kit PID Control 13Vertical Take off Training Kit PID Control 14

โปรแกรมควบคุมแบบ P:

Vertical Take off Training Kit PID Control 15

สรุปผลการควบคุมแบบ P:

Vertical Take off Training Kit PID Control 16

         ผลการควบคุมแบบ P แสดงดังรูป จะเห็นว่าเมื่อเปลี่ยน set point จากค่า 600 เป็นค่า 700 (หน่วย ADC มีค่าอยู่ในช่วง 0 ถึง 1023) โดยมีค่าเกนเท่ากับ 1.5 หลังจากนั้นทันทีที่มีการเปลี่ยนค่า set point สัญญาณ PWM จะเพิ่มขึ้นเป็น 100% แทบจะในทันทีส่งผลให้มอเตอร์ตอบสนองด้วยการหมุนใบพัดเร็วขึ้น ทำให้เกิดแรงยกให้ตำแหน่งของแกนใบพัดลู่เข้าสู่ค่า set point แต่ขณะเดียวกันเมื่อตำแหน่งแกนใบพัดเข้าใกล้ set point ก็ทำให้ค่า Error เข้าใกล้ศูนย์ ทำให้เอาต์พุต PWM ลดลงเป็นศูนย์ มอเตอร์หมุนช้าลง สูญเสียแรงยกทำให้ตำแหน่งแกนตกต่ำกว่าค่า set point แต่ในรอบนี้ตัวควบคุมที่เป็นสมการจะคำนวณค่าให้เอาต์พุตให้สามารถเลี้ยงแกนใบพัดให้อยู่ในตำแหน่งที่สมดุลระหว่างแรงยก และน้ำหนักแกน แต่ไม่สามารถทำให้เข้าใกล้ set point ได้มากกว่านี้ เกิดเป็นความแตกต่างระหว่างตำแหน่ง set point กับตำแหน่งของแกนเรียกว่า ค่าออฟเซต ซึ่งเป็นพฤติกรรมปกติของการควบคุมแบบ P หากผู้ใช้ทดลองต้องการออฟเซตน้อยกว่านี้ ก็ต้องเพิ่มค่าเกน แต่ค่าเกนที่มากเกินไปจะทำให้เกิดการแกว่งของระบบได้ นั่นคือแกนใบพัดจะขยับขึ้นลงตลอดเวลาไม่นิ่ง

การควบคุมแบบ PI:
         การควบคุมแบบ PI ย่อมาจากคำว่า Proportional Integral เป็นสองในสามเทอมของการควบคุมแบบ PID ในหัวข้อนี้จะได้เรียนรู้พฤติกรรม ข้อดี ข้อเสีย ของ PI control
         การควบคุมแบบ PI เป็นการปรับปรุงการควบคุมแบบ P โดยเพิ่มเทอม I เข้าไปเพื่อแก้ปัญหาออฟเซต ระหว่าง set point และสัญญาณ feed back ในช่วงแรก กลไกของเทอม P จะทำงานเพื่อให้ตำแหน่ง feed back เข้าใกล้ set point ต่อจากนั้น ค่าออฟเซตที่เกิดขึ้นจะถูกแก้ด้วยเทอม I ที่จะค่อยๆ ขยับค่าเพื่อลดค่าออฟเซตให้น้อยลงจนเข้าใกล้ศูนย์ ในทางทฤษฏีแล้วการควบคุมแบบ PI จะมีค่า Error เป็นศูนย์ แต่ในโลกแห่งความจริงแล้วจะมีการแกว่งเล็กๆ เกิดขึ้นอยู่โดยระบบจะแกว่งอยู่รอบๆ ค่า set point กลไกการทำงานของ PI control เป็นตามสมการในรูปที่ 11

Vertical Take off Training Kit PID Control 17

รูปที่ 12 ไดอะแกรมการควบคุมแบบ PI

3.1 โปรแกรมควบคุมแบบ PI:
Vertical Take off Training Kit PID Control 18

รูปที่ 13 โปรแกรม PI

3.2 สรุปผลการควบคุมแบบ PI:
Vertical Take off Training Kit PID Control 19

รูปที่ 14 ผลตอบสนองของตัวควบคุม PI ช่วงขาขึ้น

         ผลการควบคุมแบบ PI แสดงดังรูปที่ 14 จะเห็นว่า เมื่อเปลี่ยน set point จากค่า 500 เป็นค่า 600 (หน่วย ADC มีค่าอยู่ในช่วง 0 ถึง 1023) โดยมีค่าเกน Kp = 1.2 และ Ki = 0.0005 ทันทีที่มีการเปลี่ยนค่า set point สัญญาณ PWM จะเพิ่มขึ้นเป็น 100% แทบจะในทันที ส่งผลให้มอเตอร์ตอบสนองด้วยการหมุนใบพัดเร็วขึ้น ทำให้เกิดแรงยก ส่งให้ตำแหน่งของแกนใบพัดลู่เข้าสู่ค่า set point แต่เนื่องจากหลังเกิดโอเวอร์ชู๊ตแล้ว ค่าตำแหน่งป้อนกลับตกลงมาต่ำกว่าค่าที่ต้องการ ตรงจุดนี้เองกลไกการสะสมค่า Error ของเทอม I หรือ อินทิกรัล เริ่มส่งผลให้เห็นโดยตัวแปร errSum จะมีค่าเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เมื่อคูณกับค่าเกน Ki ก็ส่งผลให้ค่าเอาต์พุต PWM ค่อยๆ เพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ สร้างแรงยกดันให้ตำแหน่งแกนใบพัดเคลื่อนเข้าสู่ตำแหน่งที่ต้องการ 

         อย่างไรก็ตาม เนื่องจากตัวอย่างนี้ต้องการให้เห็นกลไกการทำงานของเทอม I หรือ อินทิกรัล ทำให้ผู้เขียนตั้งค่าเกน Ki น้อยๆ เป็นผลให้ค่าเวลาที่ใช้เพื่อลู่เข้าตำแหน่งที่ต้องการนั้นนานกว่าปกติ ซึ่งในทางปฏิบัติแล้วต้องใช้เวลาเข้า setting time ให้น้อยกว่านี้ จึงจะดี

Vertical Take off Training Kit PID Control 20

รูปที่ 15 ผลตอบสนองของตัวควบคุม PI ช่วงขาลง

         ผลการควบคุม PI แสดงดังรูปที่ 15 จะเห็นว่าเมื่อเปลี่ยน set point จากค่า 600 เป็น 500 คือเป็นช่วงขาลง จะสังเกตเห็นว่า เมื่อค่า set point เปลี่ยนค่า ทำให้ค่าเอาต์พุต PWM ลดลงเป็น 0 ทันทีทำให้แกนใบพัดสูญเสียแรงยก ทำให้แกนใบพัด เคลื่อนตกลงมาด้วยแรงโน้มถ่วง ช่วงเวลาต่อมาเมื่อตำแหน่งแกนใบพัดเคลื่อนลงเข้าใกล้ค่า set point สมการที่อยู่ในโปรแกรมจะเริ่มส่งค่าเอาต์พุตออกมาขับให้มอเตอร์หมุน ได้เป็นแรงยกดันให้แกนใบพัดยกตัวขึ้น กลับเข้าสู่ค่า set point อย่างสวยงาม
         ซึ่งจะสังเกตว่าการควบคุมแบบ PI ในระยะยาวนั้น ค่าความแตกต่างระหว่าง set point และสัญญาณ Feed back นั้นเข้าใกล้ศูนย์ และอีกเช่นเดียวกัน ที่พฤติกรรมของระบบตามกราฟที่เห็นนี้อาจยังไม่ใช่ค่าที่ดีที่สุด แต่ผู้เขียนเลือกที่จะให้ผู้ทดลองได้เห็นกลไกการทำงานของเทอม I เพิ่มเข้ามา ซึ่งผู้ทดลองสามารถทดลองเปลี่ยนค่าเกนเพื่อให้ช่วงการเข้า setting time น้อยลงกว่านี้ได้

Vertical Take off Training Kit PID Control 21

วิดีโอตัวอย่างการจูนและเปลี่ยนแปลง Set Point แบบขั้นบันได สำหรับการควบคุมแบบ PI

Vertical Take off Training Kit PID Control 22

วิดีโอการควบคุมตำแหน่งโดยรับอินพุตจากการหมุนตัวต้านทานปรับค่าได้

สินค้านี้ยังไม่มีคนรีวิว
คำถาม
รายละเอียด
ชื่อผู้ถาม
ข้อมูลสำหรับการติดต่อกลับ (ไม่เปิดเผย เห็นเฉพาะเจ้าของร้าน)
อีเมล
เบอร์มือถือ
  • ถาม
สินค้านี้ยังไม่มีคนถามคำถาม

ชำระเงินค่าสินค้าโดยการโอนเงินเข้าบัญชีธนาคาร KBANK, SCB, BBL,TMB

กรุณาเก็บหลักฐานการโอนเงินของท่านไว้เพื่อแจ้งการชำระเงินด้วยค่ะ

 

ท่านสามารถแจ้งการชำระเงินผ่านระบบอัตโนมัติได้โดย Click Link ข้างล่างค่ะ

https://www.arduitronics.com/informpayment

 

ธ.กสิกรไทย สาขาโลตัส รัตนาธิเบศร์ ออมทรัพย์
ธ.ไทยพาณิชย์ สาขาโลตัส รัตนาธิเบศร์ ออมทรัพย์
ธ.กรุงเทพ สาขาเซ็นทรัล พระราม 3(2) ออมทรัพย์
ธ.ทหารไทย สาขาศูนย์การค้าวรรัตน์ ออมทรัพย์
  • ค่าธรรมเนียม 3.9% + 11 THB
  • การชำระผ่าน PayPal คุณไม่จำเป็นต้องแจ้งชำระเงิน เนื่องจากระบบจะจัดการให้คุณทันที ที่คุณชำระเงินเสร็จสมบูรณ์
เพื่อความเข้าใจตรงกันระหว่างผู้ซื้อและผู้ขายและมิตรภาพที่ดีต่อกัน กรุณาทำความเข้าใจเงื่อนไข

BEST SELLER

รหัสสินค้า BA00001
270.00 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า SG00001
50.00 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า BA00002
440.00 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า AG00014
98.00 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า AG00023
44.50 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า BA00021
210.00 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า AG00006
68.00 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า SG00086
80.00 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า BA00022
179.50 บาท
  • สั่งซื้อ

SALE

รหัสสินค้า BR00034
60.00 บาท
120.00 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า
150.00 บาท
300.00 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า AS00075
420.00 บาท
700.00 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า BR00007
50.00 บาท
80.00 บาท
สินค้าหมด
รหัสสินค้า BR00028
120.00 บาท
190.00 บาท
สินค้าหมด
รหัสสินค้า
375.00 บาท
590.00 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า BR00059
600.00 บาท
920.00 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า BR00079
190.00 บาท
290.00 บาท
สินค้าหมด
รหัสสินค้า AG00028
100.00 บาท
150.00 บาท
  • สั่งซื้อ
เพิ่มเพื่อน

CATEGORY

Sensors / Modules [638]

CONTACT US

มือถือ0887823467 แฟกซ์02-0153201

SALE

รหัสสินค้า BR00034
60.00 บาท
120.00 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า
150.00 บาท
300.00 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า AS00075
420.00 บาท
700.00 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า BR00007
50.00 บาท
80.00 บาท
สินค้าหมด

NEW PRODUCTS

รหัสสินค้า AG00130
225.00 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า AS00253
195.00 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า ฺBA10068
550.00 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า AS00252
175.00 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า AS00251
175.00 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า AS00250
175.00 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า SA10012
350.00 บาท
  • สั่งซื้อ
รหัสสินค้า SD00048
4.00-12.00 บาท

เข้าร่วมร้านค้า

ร้านArduitronics
ร้านArduitronics
/www.arduitronics.com/
สมัครสมาชิกร้านนี้ เพื่อรับสิทธิพิเศษ

STATISTICS

หน้าที่เข้าชม6,848,697 ครั้ง
ผู้ชมทั้งหมด2,135,195 ครั้ง
เปิดร้าน21 พ.ค. 2556
ร้านค้าอัพเดท16 ก.ค. 2561

MEMBER

เข้าสู่ระบบด้วย
เข้าสู่ระบบ
สมัครสมาชิก

ยังไม่มีบัญชีเทพ สร้างบัญชีใหม่ ไม่เกิน 5 นาที
สมัครสมาชิก (ฟรี)
Go to Top
พูดคุย-สอบถาม คลิก