ไอซี 555 (IC Timer) ไอซีตั้งเวลา

ไอซีตั้งเวลา 555 (IC 555 Timer) เป็นไอซีที่นิยมและมีการใช้กันมากที่สุดตัวหนึ่ง เพราะใช้งานง่ายมาก โดยเริ่มมีการใช้งานกันตั้งแต่ปี 1971 และยังคงมีการใช้งานกันอยู่ทุกวันนี้ มีการผลิตมากกว่าหนึ่งพันล้านตัวในทุกๆปี ไอซีตัวเล็กๆตัวนี้ถูกใช้งานในแอปพลิเคชั่นที่หลากหลายทั้งในวงจรอนาลอกและ วงจรดิจิตอล ซึ่งใช้สำหรับความเที่ยงตรงในเรื่องของการกำหนดเวลาตั้งแต่ไมโครวินาทีไปจึง ถึงชั่วโมง

จากรูปจะแสดงตำแหน่งขาของไอซีตั้งเวลา 555 (IC 555 timer) โดยมีหน้าที่ดังนี้

• Trigger input: เมื่อคุณจ่ายแรงดันต่ำ (Low Voltage) ที่ขา 2 เป็นการสั่งให้วงจรภายในเริ่มทำงาน การกระตุ้นแบบนี้เรียกอีกอย่างว่า Active Low Trigger
• Output pin: สัญญาณรูปคลื่นเอาท์พุท จะออกที่ขา 3
• Reset: ถ้าคุณจ่ายแรงดันต่ำ (Low Voltage) ให้กับขา 4 จะเป็นการรีเซทระบบใหม่และเอาท์พุทที่ขา 3 จะเป็นสานะแรงดันต่ำ (บางวงจรจะไม่ใช้ฟังก์ชันรีเซท โดยขานี้จะจ่ายไฟป้อนไว้ตลอด)
• Control Voltage Input:ถ้าคุณต้องการหยุดวงจร ทริกเกอร์ภายใน (ซึ่งปกติแล้วเราจะไม่ทำ) ให้จ่ายไฟที่ขา 5 ไม่อย่างนั้นก็ต่อไฟลงกราวด์ผ่านตัวเก็บประจุ 0.01 µF
• Thershold input: เมื่อจ่ายแรงดันที่ขา 6 เท่ากับ 2/3 ของแหล่งจ่ายแรงดัน Vcc  สิ้นสุดรอบเวลา คุณต่อตัวต้านทานระหว่างขา 6 และแหล่งจ่ายไฟบวก ค่าของตัวตัวต้านทานจะทำให้ความยาวของของรูปคลื่นเปลี่ยนไป
• Discharge pin: ให้คุณต่อตัวเก็บประจุกับขา 7 เพื่อปรับเปลี่ยนเวลาสำหรับคายประจุ (Discharge Time)

นอกจาก IC 555 แล้วก็ยังมี IC 556 ซึ่งเป็นรุ่นที่ที่มี IC 555 สองตัว (14-pin DIP) และรุ่นอื่นๆอีกมากมายที่เป็นการรวมเอาไอซี 555 ไว้ด้วยกัน
ในการใช้งานตัว IC 555 นั้นใช้อุปกรณ์เพียงไม่กี่ตัว เช่น ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และ สวิตซ์ ซึ่งสามารถที่จะสร้างเอาท์พุทได้หลายรูปแบบ แต่วันนี้เราจะมาคุยวงจรที่นิยมใช้กันสำหรับตัว IC 555 กัน ก็คือ

1. วงจรอสเตเบิ้ล มัลติไวเบรเตอร์ (Astable Multivibrator)
2. วงจรโมโนสเตเบิ้ล มัลติไวเบรเตอร์ (Monostable Multivibrator)
3. วงจรไบสเตเบิ้ล มัลติไวเบรเตอร์ (Bistable Multivibrator)

ตำแหน่งขา IC 555

Astable Multivibrator (Oscillator)

ไอซี 555 สามารถที่จะทำหน้าที่เป็นอสเตเบิ้ล มัลติไวเบรเตอร์ (Astable Multivibrator) ซึ่งเหมือนกับเครื่องให้จังหวะ โดยการต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กับชิป ตามรูป โดยไอซี 555 จะสร้างสัญญาณพัลส์อย่างต่อเนื่องซึ่งจะสลับกันไประหว่างแรงดันต่ำ (0 โวลท์) กันแรงดันสูง (เท่ากับแหล่งจ่ายแรงดัน, Vs) การนำไอซี 555 ไปใช้งานเป็นวงจรอสเตเบิ้ล สามารถทำอะไรได้หลายๆอย่างเช่น
ไฟกระพริบ: สัญญาณพัลส์ที่ความถี่ต่ำๆ (<10 Hz) สามารถที่จะเปิด/ปิด LED ได้
เครื่องให้จังหวะอิเล็กทรอนิกส์:  สัญญาณพัลส์ที่ความถี่ต่ำ (<20 Hz) จ่ายให้กับลำโพงหรือ Piezoelectric สามารถที่จะทำให้เกิดเสียงเป็นจังหวะได้
เสียงเตือนภัย: โดยการตั้งค่าความถี่ไว้ที่ระดับเสียงที่มนุษย์ได้ยินคือ 20 Hz – 20 kHz แล้วต่อเข้ากับลำโพงเพื่อให้มีเสียงดัง
ความถึ่ (F, หน่วยเฮิร์ต) คือจำนวนการขึ้นลงของรูปคลื่นภายในหนึ่งวินาที โดยรูปคลื่นสี่เหลี่ยมสามารถกำหนดได้จากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ต่อภายนอก สามตัว ตามสมการดังนี้
F = 1.4 / [(R₁+2R₂)xC₁]
ถ้าคุณต้องการหาค่าช่วงเวลาที่รูปคลื่นใช้เวลาจากจุดสูงสุดไปสู่จุดต่ำสุดสามารถหาได้จาก T = 1/F โดยจะได้หน่วยเป็นวินาที
ดังนั้นถ้านำไปแทนในสูตรของไอซี 555 แล้วจะได้
T = 0.7 x (R₁+2R₂) x C₁

วงจร 555 อสเตเบิ้ล

คุณสามารถที่จะปรับแต่งวงจรได้เพื่อปรับความกว้างในช่วงแรงดันสูงของพัลส์แตกต่างจากช่วงแรงดันต่ำของพัลส์ สามารถหาค่าได้จากสูตร
Thigh = 0.7 x (R₁ + R₂) x C₁
Tlow = 0.7 x R₂ x C1
ถ้า R₂ มีค่ามากกว่าค่า R₁ มากๆๆ ความกว้างของสัญญาณพัลส์ทั้่งฝั่ง High และฝั่ง Low จะมีความกว้างเกือบเท่ากัน ถ้า R₂ = R₁ สัดส่วนความกว้างของฝั่ง High จะเป็นสองเท่าของผั่ง Low
คุณสามารถที่จะใช้ตัวต้านทานปรับค่าได้ โดยต่ออนุกรมกับตัวต้านทาน R₁ หรือ R₂ และปรับค่าของตัวต้านทานเพื่อเปลี่ยนความกว้างของพัลส์

โมโนสเตเบิ้ล มัลติไวเบรเตอร์ (Monostable Multivibrator-One Shot)

ต่อวงจรไอซี 555 ตามรูปข้างล่างคุณจะได้วงจรโมโนสเตเบิ้ล มัลติไวเบรเตอร์ ซึ่งจะสร้างสัญญาณพัลส์แค่ลูกเดียวเมื่อมีสัญญาณมาทริก ถ้าไม่มีสัญญาณมาทริก เอาท์พุทของวงจรจะอยู่ในสถานะโลว์ (Low) ที่แรงดัน 0 โวล์ท เมื่อมีสัญญาณทริกเข้ามาที่ระหว่งขา 2 และกราวด์ สัญญาณพัลส์เอาท์พุทจะถูกสร้างมาเท่ากับแรงดันแหล่งจ่าย โดยที่ความกว้างของพัลส์ จะถูกกำหนดด้วย R₁ และ C₁ ตามสูตร
 T = 1.1 x R₁ x C₁

วงจร 555 โมโนสเตเบิ้ล

ไบสเตเบิ้ล มัลติไวเบรเตอร์ (Bistable Multivibrator – Filp-Flop)

ถ้าวงจร อเตเบิ้ล คือวงจรที่ผลิตสัญญาณขาออกตลอดเวลาไม่มีสถานะที่นิ่ง และวงจรโมโนสเตเบิ้ลมีแค่สัญญาณลูกเดียว และสถานะนิ่งที่ Low แล้วอะไรคือวงจรไบสเตเบิ้ล? วงจรไบสเตเบิ้ลคือวงจรที่สามารถมีสถานะนิ่งได้สองสถานะไม่ว่าจะเป็นฝั่ง High หรือฝั่ง Low
555 ไบสเตเบิ้ล มัลติไวเบรเตอร์ สามารถที่จะเปลี่ยนสถานะจาก High ไปเป็นสถานะ Low ได้และจะยังคงอยู่ที่สถานะนั้นตลอดจนกว่า จะมีการเปลี่ยนแปลงสัญญาณที่เข้ามาทริก ซึ่งเรารู้จักวงจรนี้ดีกันในชื่อฟลิปฟล็อป (Flip-Flop) ซึ่งคุณไม่จำเป็นต้องคำนวณหาค่าตัวต้านทานให้ยุ่งยาก เพราะค่าเวลาของพัลส์ที่ถูกสร้างขึ้นจะถูกควบคุมโดยทริกเกอร์สวิตซ์
เพราะว่าวงจรจะคงสถานะไม่ค่า Low ก็ค่า HIgh จนกระทั่งมีการทริก ซึ่งฟลิปฟล็อปสามารถที่จะใช้ในการเก็บข้อมูลบิท (บิท คือสถานะ 0 หรือ 1 ซึ่งก็คือสถานะแรงดัน Low หรือ High)

วงจร 555 ไบสเตเบิ้ล

ICวงจรรวม

วงจรรวม

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

บทความนี้ไม่มีการอ้างอิงจากเอกสารอ้างอิงหรือแหล่งข้อมูล โปรดช่วยพัฒนาบทความนี้โดยเพิ่มแหล่งข้อมูลน่าเชื่อถือ เนื้อหาที่ไม่มีการอ้างอิงอาจถูกคัดค้านหรือนำออก

วงจรรวม

วงจรรวม หรือ วงจรเบ็ดเสร็จ (อังกฤษ: integrated circuit ; IC) หมายถึง วงจรที่นำเอาไดโอด, ทรานซิสเตอร์, ตัวต้านทาน, ตัวเก็บประจุ และองค์ประกอบวงจรต่าง ๆ มาประกอบรวมกันบนแผ่นวงจรขนาดเล็ก ในปัจจุบันแผ่นวงจรนี้จะทำด้วยแผ่นซิลิคอน บางทีอาจเรียก ชิป (Chip) และสร้างองค์ประกอบวงจรต่าง ๆ ฝังอยู่บนแผ่นผลึกนี้ ส่วนใหญ่เป็นชนิดที่เรียกว่า Monolithic การสร้างองค์ประกอบวงจรบนผิวผลึกนี้ จะใช้กรรมวิธีทางด้านการถ่ายภาพอย่างละเอียด ผสมกับขบวนการทางเคมีทำให้ลายวงจรมีความละเอียดสูงมาก สามารถบรรจุองค์ประกอบวงจรได้จำนวนมาก ภายในไอซี จะมีส่วนของลอจิกมากมาย ในบรรดาวงจรเบ็ดเสร็จที่ซับซ้อนสูง เช่น ไมโครโปรเซสเซอร์ ซึ่งใช้ทำงานควบคุม คอมพิวเตอร์ จนถึงโทรศัพท์มือถือ แม้กระทั่งเตาอบไมโครเวฟแบบดิจิทัล สำหรับชิปหน่วยความจำ (RAM) เป็นอีกประเภทหนึ่งของวงจรเบ็ดเสร็จ ที่มีความสำคัญมากในยุคปัจจุบัน

ประวัติไอซี

ไอซี กำเนิดขึ้นโดย Geoffrey W.A. Dummer นักวิทยาศาสตร์เรดาร์จากอังกฤษ ต่อมาได้ย้ายไปทำการค้นคว้าต่อที่สหรัฐอเมริกา โดยสามารถสร้างไอซีจากเซรามิกส์ตัวแรกได้ในปี ค.ศ. 1956 แต่ยังไม่ประสบผลสำเร็จนัก ต่อมาในปี ค.ศ. 1957 กองทัพสหรัฐอเมริกานำโดยแจ็ก คิลบีได้ทำการค้นคว้าทดลองต่อ ในวันที่ 6 กุมภาพันธ์ ค.ศ. 1959 คิลบีได้จดสิทธิบัตรไอซีที่ทำจากเจอร์มาเนียม และในพัฒนาการสุดท้ายของไอซี โรเบิร์ต นอยซ์ได้จดสิทธิบัตรไอซีที่ทำจากซิลิคอน ในวันที่ 25 เมษายน ค.ศ. 1961

ประเภทของไอซีแบ่งตามจำนวนเกท

จำนวนของเกทต่อไอซีจะกำหนดประเภทของไอซี (IC) 1 เกท เท่ากับ ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ 1 ชิ้น
- ขนาด SSI (Small Scale Integration) จะมีตั้งแต่ 1 ถึง 10 เกท
- ขนาด MSI (medium scale integration) จะมีตั้งแต่ 10 ถึง 100 เกท
- ขนาด LSI (large scale integration) จะมีตั้งแต่ 100 ถึง 10,000 เกท
- ขนาด VLSI (Very large scale integration ) จะมีตั้งแต่ 100,000 ถึง 10,000,000 เกท
- ขนาด ULSI (Ultra-Large Scale Integration) จะมีตั้งแต่ 1,000,000 เกทขึ้นไป

• ส่วนมากใช้เรียกไอซีที่มีจำนวนเกทสูงมากในประเทศญี่ปุ่น

กระบวนการผลิต IC (มีขา)

DC 

Dicing คือกระบวนการนำแผ่น Wafer มาตัดออกเป็นตัว Chip

DB 

Die bond คือกระบวนการที่นำตัวชิป ไปติดลงบนลีดเฟรมด้วยกาว

WB 

Wire bond คือกระบวนการเชื่อมลวดทองคำ จากวงจรบนชิปไปสู่ขานองลีดเฟรม

MP 

Mold คือกระบวนการห่อหุ้มตัวชิปด้วย Resin หลังจากที่ได้ผ่านการเชื่อมลวดทองเรียบร้อยแล้ว

PL 

Plating คือกระบวนการเคลือบ แผ่นเฟรมซึ่งจะกลายเป็นขาตัวงาน ด้วยตะกั่วหรือดีบุก

FL 

Form Lead คือกระบวนการตัดตัว IC ออกจากเฟรม และขึ้นรูปขางานตามแบบที่กำหนด

FT 

Final Test คือกระบวนการทดสอบทางไฟฟ้าขั้นสุดท้าย

TP 

ความหมายของคำศัพท์

TP 

ความหมายของคำศัพท์

กระบวนการผลิต IC (ไม่มีขา)

DG 

Dicing คือ การตัด IC ออกจากแผ่น IC รวม (Wafer) แยกเป็นแต่ละชิ้น

DB 

Die bond คือกระบวนการที่นำตัวชิป ไปติดลงบนลีดเฟรมด้วยกาว epoxy

WB 

Wire bond คือกระบวนการเชื่อมลวดทองคำ จากวงจรบนชิปไปสู่ลีดเฟรม

MO 

Mold คือกระบวนการห่อหุ้มตัวชิปด้วยพลาสติก หลังจากที่ได้ผ่านการเชื่อมลวดทองเรียบร้อยแล้ว

CU 

Post Mold Cure คือการนำ IC ไปอบด้วยความร้อน เพื่อลดความเครียดในชิ้นงาน

MK 

Marking คือ การใช้แสงเลเซอร์ ยิงไปบน IC เพื่อสลักเป็นชื่อ, รุ่น หรือ Lot ของ IC

BA 

Ball Attach คือ การติดลูกบอลตะกั่วลงบนบริเวณตำแหน่งที่จะทำการเชื่อมต่อกับแผงวงจร

BS 

Board Separate คือ การตัดแบ่ง IC แต่ละชิ้นแยกออกจากกัน

PS 

Package Sort คือ การนำ IC ที่ตัดแบ่งแล้ว แยกแต่ละชิ้นใส่ package

ระบบควบคุมพีไอดี

ระบบควบคุมแบบสัดส่วน-ปริพันธ์-อนุพันธ์ (อังกฤษ: PID controller) เป็นระบบควบคุมแบบป้อนกลับที่ใช้กันอย่างกว้างขวาง ซึ่งค่าที่นำไปใช้ในการคำนวณเป็นค่าความผิดพลาดที่หามาจากความแตกต่างของตัวแปรในกระบวนการและค่าที่ต้องการ ตัวควบคุมจะพยายามลดค่าผิดพลาดให้เหลือน้อยที่สุดด้วยการปรับค่าสัญญาณขาเข้าของกระบวนการ ค่าตัวแปรของ PID ที่ใช้จะปรับเปลี่ยนตามธรรมชาติของระบบ

แผนภาพบล็อกของการควบคุมแบบพีไอดี

วิธีคำนวณของ PID ขึ้นอยู่กับสามตัวแปรคือค่าสัดส่วน, ปริพันธ์ และ อนุพันธ์ ค่าสัดส่วนกำหนดจากผลของความผิดพลาดในปัจจุบัน, ค่าปริพันธ์กำหนดจากผลบนพื้นฐานของผลรวมความผิดพลาดที่ซึ่งพึ่งผ่านพ้นไป, และค่าอนุพันธ์กำหนดจากผลบนพื้นฐานของอัตราการเปลี่ยนแปลงของค่าความผิดพลาด น้ำหนักที่เกิดจากการรวมกันของทั้งสามนี้จะใช้ในการปรับกระบวนการ

โดยการปรับค่าคงที่ใน PID ตัวควบคุมสามารถปรับรูปแบบการควบคุมให้เหมาะกับที่กระบวนการต้องการได้ การตอบสนองของตัวควบคุมจะอยู่ในรูปของการไหวตัวของตัวควบคุมจนถึงค่าความผิดพลาด ค่าโอเวอร์ชูต (overshoots) และ ค่าแกว่งของระบบ (oscillation) วิธี PID ไม่รับประกันได้ว่าจะเป็นระบบควบคุมที่เหมาะสมที่สุดหรือสามารถทำให้กระบวนการมีความเสถียรแน่นอน

การประยุกต์ใช้งานบางครั้งอาจใช้เพียงหนึ่งถึงสองรูปแบบ ขึ้นอยู่กับกระบวนการเป็นสำคัญ พีไอดีบางครั้งจะถูกเรียกว่าการควบคุมแบบ PI, PD, P หรือ I ขึ้นอยู่กับว่าใช้รูปแบบใดบ้าทฤษฎี

การควบคุมแบบ PID ได้ชื่อตามการรวมกันของเทอมของตัวแปรทั้งสามตามสมการ:

${\displaystyle \mathrm {MV(t)} =\,P_{\mathrm {out} }+I_{\mathrm {out} }+D_{\mathrm {out} }}$

เมื่อ

${\displaystyle P_{\mathrm {out} }}$, ${\displaystyle I_{\mathrm {out} }}$, และ ${\displaystyle D_{\mathrm {out} }}$ เป็นผลของสัญญาณขาออกจากระบบควบคุม PID จากแต่ละเทอมซึ่งนิยามตามรายละเอียดด้านล่าง

สัดส่วน
Proportinal control action (P - Action) 

กราฟ PV ต่อเวลา, K_p กำหนดเป็น 3 ค่า(K_i และ K_d คงที่)

เทอมของสัดส่วน (บางครั้งเรียก อัตราขยาย) จะเปลี่ยนแปลงเป็นสัดส่วนของค่าความผิดพลาด การตอบสนองของสัดส่วนสามารถทำได้โดยการคูณค่าความผิดพลาดด้วยค่าคงที่ K_p, หรือที่เรียกว่าอัตราขยายสัดส่วน

เทอมของสัดส่วนจะเป็นไปตามสมการ:

${\displaystyle P_{\mathrm {out} }=K_{p}\,{e(t)}}$

เมื่อ

${\displaystyle P_{\mathrm {out} }}$: สัญญาณขาออกของเทอมสัดส่วน

${\displaystyle K_{p}}$: อัตราขยายสัดส่วน, ตัวแปรปรับค่าได้

${\displaystyle e}$: ค่าความผิดพลาด ${\displaystyle =SP-PV}$

${\displaystyle t}$: เวลา

ผลอัตราขยายสัดส่วนที่สูงค่าความผิดพลาดก็จะเปลี่ยนแปลงมากเช่นกัน แต่ถ้าสูงเกินไประบบจะไม่เสถียรได้ ในทางตรงกันข้าม ผลอัตราขยายสัดส่วนที่ต่ำ ระบบควบคุมจะมีผลตอบสนองต่อกระบวนการน้อยตามไปด้วย

ซึ่งก็คือ  การกำหนดการทำงานของ ouput ให้เป็นสัดส่วนเปอร์เซ็นกับค่า error

ปริพันธ์

Integral control action (I-Action) 

กราฟ PV ต่อเวลา, K_i กำหนดเป็นสามค่า (K_p และ K_d คงที่)

ผลจากเทอมปริพันธ์ (บางครั้งเรียก reset) เป็นสัดส่วนของขนาดความผิดพลาดและระยะเวลาของความผิดพลาด ผลรวมของความผิดพลาดในทุกช่วงเวลา (ปริพันธ์ของความผิดพลาด) จะให้ออฟเซตสะสมที่ควรจะเป็นในก่อนหน้า ความผิดพลาดสะสมจะถูกคูณโดยอัตราขยายปริพันธ์ ขนาดของผลของเทอมปริพันธ์จะกำหนดโดยอัตราขยายปริพันธ์, ${\displaystyle K_{i}}$.

เทอมปริพันธ์จะเป็นไปตามสมการ:

${\displaystyle I_{\mathrm {out} }=K_{i}\int _{0}^{t}{e(\tau )}\,{d\tau }}$

เมื่อ

${\displaystyle I_{\mathrm {out} }}$: สัญญาณขาออกของเทอมปริพันธ์

${\displaystyle K_{i}}$: อัตราขยายปริพันธ์, ตัวแปรปรับค่าได้

${\displaystyle e}$: ความผิดพลาด ${\displaystyle =SP-PV}$

${\displaystyle t}$: เวลา

${\displaystyle \tau }$: ตัวแปรปริพันธ์หุ่น

เทอมปริพันธ์ (เมื่อรวมกับเทอมสัดส่วน) จะเร่งกระบวนการให้เข้าสู่จุดที่ต้องการและขจัดความผิดพลาดที่เหลืออยู่ที่เกิดจากการใช้เพียงเทอมสัดส่วน แต่อย่างไรก็ตาม เทอมปริพันธ์เป็นการตอบสนองต่อความผิดพลาดสะสมในอดีต จึงสามารถทำให้เกิดโอเวอร์ชูตได้ (ข้ามจุดที่ต้องการและเกิดการหันเหไปทางทิศทางอื่น)
ซึ่งก็คือ สัดส่วนของขนาดความผิดพลาดและระยะเวลาของความผิดพลาด

อนุพันธ์

Derivative control action (D-Action) 

กราฟ PV ต่อเวลา, สำหรับ K_d 3 ค่า (K_p และ K_i คงที่)

อัตราการเปลี่ยนแปลงของความผิดพลาดจากกระบวนการนั้นคำนวณหาจากความชันของความผิดพลาดทุกๆเวลา (นั่นคือ เป็นอนุพันธ์อันดับหนึ่งสัมพันธ์กับเวลา) และคูณด้วยอัตราขยายอนุพันธ์ ${\displaystyle K_{d}}$ ขนาดของผลของเทอมอนุพันธ์ (บางครั้งเรียก อัตรา) ขึ้นกับ อัตราขยายอนุพันธ์ ${\displaystyle K_{d}}$

เทอมอนุพันธ์เป็นไปตามสมการ:

${\displaystyle D_{\mathrm {out} }=K_{d}{\frac {d}{dt}}e(t)}$

เมื่อ

${\displaystyle D_{\mathrm {out} }}$: สัญญาณขาออกของเทอมอนุพันธ์

${\displaystyle K_{d}}$: อัตราขยายอนุพันธ์, ตัวแปรปรับค่าได้

${\displaystyle e}$: ความผิดพลาด ${\displaystyle =SP-PV}$

${\displaystyle t}$: เวลา

เทอมอนุพันธ์จะชะลออัตราการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณขาออกของระบบควบคุมและด้วยผลนี้จะช่วยให้ระบบควบคุมเข้าสู่จุดที่ต้องการ ดังนั้นเทอมอนุพันธ์จะใช้ในการลดขนาดของโอเวอร์ชูตที่เกิดจาเทอมปริพันธ์และทำให้เสถียรภาพของการรวมกันของระบบควบคุมดีขึ้น แต่อย่างไรก็ตามอนุพันธ์ของสัญญาณรบกวนที่ถูกขยายในระบบควบคุมจะไวมากต่อการรบกวนในเทอมของความผิดพลาดและสามารถทำให้กระบวนการไม่เสถียรได้ถ้าสัญญาณรบกวนและอัตราขยายอนุพันธ์มีขนาดใหญ่เพียงพอ
ซึ่งก็คือ อัตราการเปลี่ยนแปลงของความผิดพลาด การรบกวนระบบจากภายนอ

ผลรวม

เทอมสัดส่วน, ปริพันธ์, และอนุพันธ์ จะนำมารวมกันเป็นสัญญาณขาออกของการควบคุมแบบ PID กำหนดให้ ${\displaystyle u(t)}$ เป็นสัญญาณขาออก สมการสุดท้ายของวิธี PID คือ:

${\displaystyle \mathrm {u(t)} =\mathrm {MV(t)} =K_{p}{e(t)}+K_{i}\int _{0}^{t}{e(\tau )}\,{d\tau }+K_{d}{\frac {d}{dt}}e(t)}$

รหัสเทียม

รหัสเทียม (อังกฤษ: pseudocode) ของ ขั้นตอนวิธีระบบควบคุมพีไอดี โดยอยู่บนสมมุติฐานว่าตัวประมวลผลประมวลผลแบบขนานอย่างสมบูรณ์แบบ เป็นดังต่อไปนี้

previous_error = setpoint - actual_position
integral = 0
start:
  error = setpoint - actual_position
  integral = integral + (error*dt)
  derivative = (error - previous_error)/dt
  output = (Kp*error) + (Ki*integral) + (Kd*derivative)
  previous_error = error
  wait(dt)
  goto start

การปรับจูน[แก้]

การปรับจูนด้วยมือ

ถ้าระบบยังคงทำงาน ขั้นแรกให้ตั้งค่า ${\displaystyle K_{i}}$ และ ${\displaystyle K_{d}}$ เป็นศูนย์ เพิ่มค่า ${\displaystyle K_{p}}$ จนกระทั่งสัญญาณขาออกเกิดการแกว่ง (oscillate) แล้วตั้งค่า ${\displaystyle K_{p}}$ ให้เหลือครึ่งหนึ่งของค่าที่ทำให้เกิดการแกว่งสำหรับการตอบสนองชนิด "quarter amplitude decay" แล้วเพิ่ม ${\displaystyle K_{i}}$ จนกระทั่งออฟเซตถูกต้องในเวลาที่พอเพียงของกระบวนการ แต่ถ้า ${\displaystyle K_{i}}$ มากไปจะทำให้ไม่เสถียร สุดท้ายถ้าต้องการ ให้เพิ่มค่า ${\displaystyle K_{d}}$ จนกระทั่งลูปอยู่ในระดับที่ยอมรับได้ แต่ถ้า ${\displaystyle K_{d}}$ มากเกินไปจะเป็นเหตุให้การตอบสนองและโอเวอร์ชูตเกินยอมรับได้ ปกติการปรับจูน PID ถ้าเกิดโอเวอร์ชูตเล็กน้อยจะช่วยให้เข้าสู่จุดที่ต้องการเร็วขึ้น แต่ในบางระบบไม่สามารถยอมให้เกิดโอเวอร์ชูตได้ และถ้าค่า ${\displaystyle K_{p}}$ น้อยเกินไปก็จะทำให้เกิดการแกว่ง

ผลของการเพิ่มค่าตัวแปรอย่างอิสระ

ตัวแปร	ช่วงเวลาขึ้น (Rise time)	โอเวอร์ชูต (Overshoot)	เวลาสู่สมดุล (Settling time)	ความผิดพลาดสถานะคงตัว (Steady-state error)	เสถียรภาพ[1]
${\displaystyle K_{p}}$	ลด	เพิ่ม	เปลี่ยนแปลงเล็กน้อย	ลด	ลด
${\displaystyle K_{i}}$	ลด[2]	เพิ่ม	เพิ่ม	ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ	ลด
${\displaystyle K_{d}}$	ลดลงเล็กน้อย	ลดลงเล็กน้อย	ลดลงเล็กน้อย	ตามทฤษฏีไม่มีผล	ดีขึ้นถ้า ${\displaystyle K_{d}}$ มีค่าน้อย

วิธีการ Ziegler–Nichols

วิธีการนี้นำเสนอโดย John G. Ziegler และ Nathaniel B. Nichols ในคริสต์ทศวรรษที่ 1940 ขั้นแรกให้ตั้งค่า ${\displaystyle K_{i}}$ และ ${\displaystyle K_{d}}$ เป็นศูนย์ เพิ่มอัตราขยาย P สูงที่สุด, ${\displaystyle K_{u}}$, จนกระทั่งเริ่มเกิดการแกว่ง นำค่า ${\displaystyle K_{u}}$ และค่าช่วงการแกว่ง ${\displaystyle P_{u}}$ มาหาค่าตัวแปรที่เหลือดังตาราง:

Ziegler–Nichols method

Control Type	${\displaystyle K_{p}}$	${\displaystyle K_{i}}$	${\displaystyle K_{d}}$
P	${\displaystyle 0.50{K_{u}}}$	-	-
PI	${\displaystyle 0.45{K_{u}}}$	${\displaystyle 1.2{K_{p}}/P_{u}}$	-
PID	${\displaystyle 0.60{K_{u}}}$	${\displaystyle 2{K_{p}}/P_{u}}$	${\displaystyle {K_{p}}{P_{u}}/8}$