Feedback Control

(Closed Loop Control)

พิจารณาจากการดู Diagram ด้านบน

Process output

คือ ผลที่ออกมาจาก Process ที่ปลายทาง = PV ( Process Value) 

Process input

คือ สิ่งที่ใส่เข้าไปใน Process ที่ต้นทาง = MV (Manipulate Value)

Set Point (SP)

คือ ค่าตั้งขึ้น ค่าที่ป้อนเข้าไปในระบบโดยป้อนผ่าน Controller  เราต้องการให้ PV เข้าใกล้ค่านี้มากที่สุด

Error

คือค่า ความต่างระหว่าง  PV  กับ SP

Feedback control เป็นลักษณะการควบคุมแบบ closed loop control อุปกรณ์สำคัญของระบบควบคุม แบบ Feedback control ก็คือ controller ซึ่งจะใช้สัญญาณ error ในการนำมาพิจาณาตัดสินใจปรับค่า Process input ( MVในครั้งถัดไป)

ค่า error คือ ค่าความต่างระหว่าง SP กับค่า PV ( Feedback Control Diagram ด้านบนเพื่อความเข้าใจ)    ค่า error นี้ controller จะนำมาพิจารณาเพื่อตัดสินใจสั่งการให้ อุปกรณ์หน้างาน (Control device) ปรับ Process input (MV) ที่เข้าProcess แล้วทำให้ได้ค่า Process output (PV) ใกล้เคียงกับค่า SP มากขึ้น

ความมีประสิทธิภาพของการควบคุมแบบนี้ขึ้นอยู่กับค่า accuracy(ค่าความแม่นยำ) ของ sensor , ความเร็วในการตรวจจับ error , ความเร็วของ controller ในการประมวลผลสั่งการ ให้อุปกรณ์หน้างานปรับแต่งค่า Process input ที่ส่งเข้าไปในระบบรอบใหม่ ให้ได้ค่า PV รอบถัดมาให้ใกล้เคียงกับ SP มากขึ้น

ข้อได้เปรียบประการหลักของ Feedback control คือ ความสามารถในการจัดการสิ่งรบกวนระบบ (disturbance) และ ความไม่แน่นอนของระบบ (uncertainties)ได้ดี เนื่องจากการควบคุม action ใดๆ เกิดขึ้นจากการดู Process Output ที่ออกมาจริงๆ การควบคุมจึงสามารถชดเชยสิ่งรบกวนระบบ หรือการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นจริง ณ ขณะนั้นได้ ทำให้รักษาระดับ Process output ให้ใกล้เคียงกับ SP ที่ต้องการได้ดีนั่นเอง

เมื่อนำค่า Process Output ที่เกิดขึ้นจริงมาใช้พิจารณา ก็เหมือนรู้ผลจริงๆ จากการ run process นั้นๆ จึงทำให้ทราบได้ว่าผลเป็นไปตามที่ต้องการหรือไม่ แล้วปรับเปลี่ยนได้ตามต้องการและทันเวลา

ข้อสังเกตุของ Feedback Control ก็คือ มีการนำค่าบางอย่างที่ปลายทางของ Process เข้ามาเป็นปัจจัยประเมินควบคุม Process อีกในครั้งถัดไป

และเพื่อความเข้าใจรายละเอียดมากยิ่งขึ้น 

ผู้อ่านอาจลองศึกษาเพิ่มเติมจากบทความ 

PID Control Basic ด้วย

ตัวอย่างFeedback Control - ระบบทำความร้อนในห้อง 

โดยต้องการทำอุณหภูมิในห้องให้ได้ 20 องศา ( SP)  การใช้ feedback control จะเป็นการสังเกตการณ์ และ ปรับค่าพลังงานที่ใส่เข้าไปในระบบระบบทำความร้อน ( Process input หรือ  MV) โดยตัดสินใจจากค่า อุณหภูมิจริงๆในห้อง (Process output /PV) 

ถ้าอุณหภูมิในห้องต่ำไป( Process output /PV ต่ำ) controller ก็จะสั่งให้เพิ่มพลังงาน (เพิ่ม Process input/ MV)    ถ้าอุณหภูมิในห้องสูงไป (  Process output /PV สูง) controller ก็จะสั่งให้ลดพลังงาน (ลด Process input/MV) ที่ใส่ลงไปในระบบทำความร้อนนั่นเอง

และจะเห็นว่าการควบคุมแบบนี้ เป็นการควบคุมอุณหภูมิโดยไม่สนใจปัจจัยรบกวนภายนอก (external disturbance)

เมื่อเราขยายความดูความสัมพันธ์เชื่อมโยงกับ PID Control ก็จะเข้าใจแบบง่ายๆ ได้ตาม ภาพด้านล่างซึ่งเป็นภาพจากหน้า PID Control Basic ว่า PID Control เกี่ยวข้องกับ Process Control แบบ Feedback Control ดังนี้

Feedforward control

(Open Loop Control

Feedforward control เป็นลักษณะการควบคุมแบบ open loop control เป็นconceptของระบบควบคุม Process อย่างหนึ่ง และ ใช้ในการเสริมเพิ่มลงไปในระบบ Feedback control 

หลักการของ Feedforward control จะไม่เหมือนกับ Feedback control 

เนื่องจาก Feedback control มีการใช้ค่า error กลับมาเป็นค่าเพื่อพิจารณาควบคุมระบบ แต่ Feedforward control จะเป็นการทำนายผลของ ค่า error ของ Process output/PV ล่วงหน้าไปที่จะเกิดขึ้น  แล้วทำการปรับเปลี่ยนค่า Process input/MV ให้สัมพันธ์กับการทำนาย error ที่คาดว่าจะเกิดขึ้น 

การทำนายล่วงหน้านอกจากจะพิจารณาจากการคาดการณ์ค่า error ของ Process output/PV แล้ว ยังพิจารณาจากการคาดการณ์ external disturbance ด้วย (ค่ารบกวนที่เราทราบล่วงหน้าว่าจะส่งผลกับค่า Process output/PV ) 

โดยเมื่อทำนายแล้วก็จะทำการปรับค่า Process input ล่วงหน้าเข้าไปเลย

ข้อสังเกตุของ Feedforwad Control ก็คือไม่มีการนำค่าใดๆ ที่ปลายทางของ Process กลับมาร่วมพิจารณาในการควบคุม Process นั่นเอง

ตัวอย่าง Feedforward Control - ระบบทำน้ำอุ่นในห้องน้ำ

เมื่อผู้ใช้น้ำอุ่นอยากได้อุณหภูมิที่ 35 องศา (Process output/PV ที่ 35 องศา ) Controller ก็จะรับสัญญาณโดยการที่เราป้อนข้อมูลด้วยการหมุน knob (รับ SP) ที่ 35 องศา และ Controller ส่งสัญญาณให้ control device ในที่นี้คือตัวจ่ายไฟ จ่ายไฟ ให้ ส่วนทำน้ำอุ่น (Process) ที่ค่าหนึ่ง (โดยปริมาณไฟที่จ่ายจะเท่ากับปริมาณไฟที่โปรแกรมไว้ล่วงหน้า ว่าถ้าถูกตั้งเอาอุณหภูมิ 35 องศาต้องจ่ายไฟเท่านี้)

แต่อุณหภูมิน้ำจะเพิ่มขึ้นเป็น 35 องศาได้หรือไม่นั้น ขึ้นอยู่กับ preset condition และ external disturbance ด้วย เช่น อุณหภูมิน้ำขาเข้าเครื่องทำนำ้อุ่น เย็นกว่าหรือร้อนกว่า อุณหภูมิน้ำที่controller ถูกตั้งข้อมูลให้เป็นฐานคิดตอนแรก

สมมติต่อไปอีกว่าอุณหภูมิน้ำของเรา เย็นกว่าอุณหภูมิน้ำที่ Controller มีข้อมูล เช่นในวันที่ฝนตกอุณหภูมิน้ำประปาจะเย็นกว่าปกติ  เราจะสังเกตได้ว่าน้ำอุ่นของเราจะไม่อุ่นเพียงพอเหมือนที่เราเคยอาบ ถึงแม้ว่าเราจะหมุน knob ไปในตำแหน่งเดิมที่เราหมุนประจำทุกครั้งที่อาบน้ำในที่นี้คือ 35 องศา

นั่นเป็นเพราะว่า ถึงแม้เราจะตั้ง SP เท่าเดิม Controller ส่งสัญญาณให้ Control device จ่ายไฟให้ส่วนทำน้ำอุ่นเท่าเดิม แต่น้ำก็อุ่นน้อยกว่าเดิม ในที่นี้ คือ นำ้อุ่นไม่ถึงอุณหภูมิ 35 องศา และ ทั้งระบบก็ไม่ได้พยายามโดยอัตโนมัติที่จะทำน้ำให้อุ่นไปที่ 35 องศา หรือไปที่อุ่นปกติที่เราเคยใช้ในวันที่ฝนเกิดตกขึ้นมา ( ในขณะที่ Feedback Control จะพยายามโดยอัตโนมัติเพื่อให้ได้น้ำอุ่นตามที่เราสั่ง โดยวัดค่าอุณหภูมิน้ำที่ปลายทางแล้วกลับมาปรับปริมาณไฟฟ้าให้ส่วนทำน้ำอุ่น)

ความมีประสิทธิภาพของ feedforward control จะขึ้นกับความถูกต้องแม่ยำ ในการคาดการณ์พยากรณ์ และ ความเร็วในการควบคุมการaction รวมทั้งผู้ใช้ต้องสามารจับและคาดการณ์การเปลี่ยนแปลงของ external disturbance และ condition อื่นๆ แล้วทำการปรับเพื่อให้ได้ Process output ที่ต้องการเอาเอง ในที่นี้คือเราต้อง หมุน knob เพิ่มอุณหภูมิเข้าไปอีกเพื่อให้ได้น้ำอุ่นเท่าเดิมในวันที่ฝนตก