การควบคุมกระบวนการแบบอัตโนมัติด้วยอิเล็กทรอนิกส์กำลัง

Abstract

งานวิจัยนี้นำเสนอการควบคุมกระบวนการแบบอัตโนมัติด้วยอิเล็กทรอนิกส์กำลัง (An Automatic Process Control with Power Electronics) เพื่อแสดงถึงการควบคุมความเร็วมอเตอร์ไฟตรงด้วยตัวควบคุมอัตโนมัติแบบดิจิตอลใช้อัลกอริทึมแบบ PID โดยที่ระบบจะประกอบไปด้วยตัวควบคุมอัตโนมัติแบบดิจิตอล, วงจรเรียงกระแสหนึ่งเฟสแบบดาว, ชุดมอเตอร์ไฟตรงและโหลด และโปรแกรมคอมพิวเตอร์ การสั่งงานควบคุมและอ่านค่าจากตัวควบคุมอัตโนมัติแบบดิจิตอลจะกระทำผ่านคอมพิวเตอร์ที่มีโปรแกรมคอมพิวเตอร์ซึ่งเขียนขึ้นด้วยภาษา LabVIEW โดยการใช้การสื่อสารแบบอนุกรม Rs-232 ผ่าน Modbus protocol ที่ความเร็ว 9,600 bps หรือ 38,400 bps โปรแกรมที่เขียนขึ้นนี้สามารถควบคุมความเร็ว, ค่า Gain (P), Reset (I) และ Rate (D) ได้ และค่าที่อ่านได้จะประกอบไปด้วยความเร็วคำสั่งฐ ความเร็วจริง, Gain, Reset, Rate, และ Output control โดยความเร็วคำสั่งและความเร็วจริงจะถูกนำมาพล็อตเพื่อการสังเกตในโดเมนของเวลา แรงดันด้านออกของตัวควบคุมอัตโนมัติแบบดิจิตอลจะถูกส่งไปควบคุมการทำงานของวงจรเรียงกระแสหนึ่งเฟสแบบดาวที่มีมอเตอร์ไฟตรงเป็นโหลด และมอเตอร์ไฟตรงนี้ก็มีโหลดทางกลที่เป็นเครื่องกำเนิดไฟตรงเพื่อใช้ในการทดสอบการทำงานที่มีโหลดภาวะที่มีโหลด มอเตอร์ไฟตรงนี้จะมี Tachogenerator เพื่อป้อนกลับสัญญาณความเร็วไปยังตัวควบคุมแบบอัตโนมัติแบบดิจิตตอล ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าค่ะ Gain และ Reset ที่ได้จากการปรับแต่งอัตโนมัติ (Auto tune) ที่เหมาะสมอยู่ที่ประมาณไม่เกิน 1 และ 0.17 ตามลำดับ โดยจะใช้เวลาในการคุมค่าความเร็ว เมื่อมีการสั่งให้ความเร็วเปลี่ยนจาก 0 ไปยัง 2,500 เท่ากับ 462 mS และ เมื่อมีการสั่งให้ความเร็วเปลี่ยนจาก 2,500 ไปยัง 0 ใช้เวลาเท่ากับ 406 mS เมื่อเทียบกับการใช้ค่า Gain = 0.5, reset = 0.17 จะได้เวลาเท่ากับ 706 mS และ 406 mS ตามลำดับ

An Automatic Process Control with Power Electronics is proposed. The systems are consisting of Digital PID controller, sing-phase star rectifier, dc motor with load, and computer program. Controlling data acquiring are available by computer program using Modbus protocol over the serial communication RS-232 at 9,600 bps or 38,400 bps. This program is written in LabVIEW language, The command speed, the actual speed, gain (P), reset (I), and rate (D) are readable parameters, and only the command speed and actual speed are plotted to show in time domain. The single-phase star rectifier is controlled by the output voltage of the digital PID controller, and the dc motor is also fed by this single-phase star rectifier. There’s another dc generator, it is coupled with the dc motor to be the load. The tacho generator is attached into the dc motor and its output is feedback speed that connected into the digital PID controller. The experimental results are shown that the optimum gain and reset are approximate 1.00 and 0.17 respectively; these values are derived from “auto tune” procedure. From those gain and reset values, the settled times are 462 mS and 406 mS with speed stepping from 0 to 2,500 and 2,500 to 0 respectively, With lower gain i.e. 0.5 and reset = 0.17, the settled times are 706 mS and 406 mS respectively