ตัวควบคุมอุณหภูมิแบบดิจิตอลคืออะไร?

การควบคุมอุณหภูมิเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับปฏิกิริยาทางเคมีทุกอย่างที่ผู้คนสนใจ อุณหภูมิมีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาและมักจะเป็นความสมบูรณ์ของปฏิกิริยา ร่างกายมนุษย์ประกอบด้วยระบบควบคุมอุณหภูมิทางชีวภาพเพื่อรักษาอุณหภูมิร่างกายในช่วงแคบ ๆ กระบวนการที่ออกแบบมาเพื่อผลิตวัสดุต่าง ๆ ยังต้องการการควบคุมอุณหภูมิ วิศวกรมีตัวเลือกระหว่างอะนาล็อกและตัวควบคุมอุณหภูมิแบบดิจิตอล

เครื่องควบคุมอุณหภูมิภายในบ้านแบบแอนะล็อกบางรุ่นประกอบไปด้วยขดลวดทองแดง เมื่อแถบถูกขยายด้วยความร้อนเกลียวจะขยายตัวขึ้นทำให้ขยับคันกลไก เตาหรือเครื่องปรับอากาศตอบสนองตาม ตัวควบคุมแบบอะนาล็อกจะตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมปัจจุบันเท่านั้น

ไมโครโปรเซสเซอร์ในตัวควบคุมอุณหภูมิแบบดิจิตอลได้รับอินพุตเป็นตัวเลขจากสภาพแวดล้อมและปรับแต่งเพื่อให้สามารถควบคุมได้มากขึ้น หากระบบเกิดความร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วระบบอะนาล็อกจะตอบสนองเฉพาะเมื่อคอนโทรลเลอร์ถึงอุณหภูมิที่ต้องการซึ่งเรียกว่า setpoint (SP) แหล่งความร้อนอาจถูกปิด แต่ระบบจะทำการบดบัง SP เนื่องจากมันดูดซับพลังงานจากพื้นผิวการแผ่รังสีที่อบอุ่นรอบ ๆ ระบบ เครื่องควบคุมอุณหภูมิแบบดิจิตอลจะคำนวณอัตราการเพิ่มอุณหภูมิและกระตุ้นให้เครื่องตอบสนองก่อนถึง SP คอนโทรลเลอร์ใช้ข้อมูลที่ผ่านมาเพื่อทำนายและเปลี่ยนแปลงผลลัพธ์ในอนาคต

มีอัลกอริทึมหรือแผนการคำนวณมากมายที่อาจใช้ตัวควบคุมอุณหภูมิแบบดิจิตอล หนึ่งในสิ่งที่พบมากที่สุดคือการควบคุมตามสัดส่วนหรือการควบคุมพีไอดี มันใช้การคำนวณสามแบบแยกกันเพื่อรักษาอุณหภูมิคงที่

ข้อผิดพลาด (e) คือความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิจริง (T) และอุณหภูมิที่ตั้งไว้ (SP) การคำนวณแบบสัดส่วนเปลี่ยนกระแสข้อมูลเข้าสู่กระบวนการโดยขึ้นอยู่กับขนาดของ E E ที่ 2 จะต้องมีการป้อนพลังงานเป็นสองเท่าของ E 1

การควบคุมแบบสัดส่วนทำให้ระบบไม่สามารถแก้ไขปัญหา SP ได้ แต่การตอบสนองอาจช้า วิธีการหนึ่งคาดว่าแนวโน้มของข้อมูลในอนาคตจะยั่งยืน ในตัวอย่างข้างต้นถ้า T เพิ่มขึ้นด้วย E ของ 2 และ E 4 นั้นระบบอาจคาดการณ์ว่า E ต่อไปจะเป็น 8 ดังนั้นแทนที่จะเพิ่มการตอบกลับสองเท่ามันอาจตอบสนองสองเท่าและไม่รอต่อไป การวัด

ตัวควบคุมแบบสัดส่วนและอินทิกรัล (PI) อาจแกว่งไปมารอบ ๆ SP ซึ่งกระดอนระหว่างที่อบอุ่นและเย็นเกินไป วิธีการควบคุมแบบอนุพันธ์จะทำให้การแกว่งลดลง อัตราการเปลี่ยนแปลงของ E ถูกนำมาใช้ในการคำนวณ

ตัวควบคุม PID ใช้ค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักของการคำนวณทั้งสามเพื่อพิจารณาว่าควรดำเนินการใดในเวลาใดก็ได้ เครื่องควบคุมอุณหภูมิแบบดิจิตอลนี้เป็นอุปกรณ์ที่ใช้กันทั่วไปและมีประสิทธิภาพมากที่สุดเนื่องจากใช้ข้อมูลปัจจุบันข้อมูลในอดีตและที่คาดการณ์ไว้ รูปแบบการควบคุมอื่น ๆ ต้องการข้อมูลเกี่ยวกับลักษณะของระบบ ความรู้ดังกล่าวช่วยเพิ่มความสามารถของคอนโทรลเลอร์ในการคาดการณ์การตอบสนองในอนาคตของระบบ