Response Behavior of a Control System for a Single-Beam Twin-Propeller Vertical Balancing Flight Model Using a P, PI, PD, and PID Controller

Main Article Content

Somjate Bunchuen
Channarong Thaoarsa
Woranat Changto
Nattawut Kamlueng
Thaweesak Worachak
Poth Chaiaye
Nattapong Nernchad
Thanapoom Fuangpian
Umaporn Chanthima

Abstract

This research aims to develop a single-beam twin-propeller vertical balancing flight model and compare the response behaviors of the system controlled by four controller types: P, PI, PD, and PID controllers. In the experiments, the beam equilibrium position was set to 90°.  The response tests were then conducted at reference angles of 110°, 120°, and 130°. The system performance was evaluated in terms of overshoot, settling time, and steady-state error. At the reference angle of 110 °, the PD controller provided the best overshoot performance, with an overshoot of 0.50%, a settling time of 2.01 s, and a steady-state error of 0.55 °. Meanwhile, the PID controller produced an overshoot of 1.86%, a settling time of 2.43 s, and a steady-state error of 1.90 °. At the reference angle of 120 °, the PD controller achieved the lowest overshoot of 0.41%, with a settling time of 4.02 s and a steady-state error of 0.45 °. At the reference angle of 130 °, the PD controller produced an overshoot of 3.73%, a settling time of 1.15 s, and a steady-state error of 4.10 °. The PID controller produced an overshoot of 6.04%, a settling time of 2.97 s, and a steady-state error of 3.20 °. The experimental results show that the PD controller is the most suitable for reducing overshoot and achieving a fast response, while the PID controller can compensate for steady-state error.

Downloads

Download data is not yet available.

Article Details

How to Cite
Bunchuen, S. ., Thaoarsa, C. ., Changto, W. ., Kamlueng, N. ., Worachak, T. ., Chaiaye, P. ., Nernchad, N. ., Fuangpian, T., & Chanthima, U. . (2026). Response Behavior of a Control System for a Single-Beam Twin-Propeller Vertical Balancing Flight Model Using a P, PI, PD, and PID Controller. Kalasin University Journal of Science Technology and Innovation, 5(2), 36–50. retrieved from https://li01.tci-thaijo.org/index.php/sci_01/article/view/272457
Section
Research Articles

References

ทินกร เขียวรี. การควบคุมความสูงระดับเพดานบินโดยใช้ตัวควบคุมแบบปรับตัวเองได้ร่วมกับตัวสังเกตคาลมานสำหรับเครื่องบิน 4 ใบพัดขนาดเล็ก. วารสารวิชาการ มทร.สุวรรณภูมิ. 2561; 6(2): 148-156. https://li01.tci-thaijo.org/index.php/rmutsb-sci/article/view/149110

กำจัด ใจตรง, สงกรานต์ ภารกุล, ณรงค์ฤทธิ์ ยิ้มเจริญพรสกุล. การควบคุมความเร็วรอบของเซอร์โวมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงด้วยตัวควบคุมแบบพีไอดีโดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล PIC. วารสารวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มทร.สุวรรณภูมิ. 2564; 5(1): 78-86. https://ph03.tci-thaijo.org/index.php/JSciTech/article/view/344

ภูมิพัฒน์ ก๋าคำ, ชัชวาล มงคล, จักรพันธ์ ปิ่นทอง, เสกสรรค์ สุชัยพร. การพัฒนาตัวควบคุมพีไอและพีไอดีบนอีเอสพี 32 สำหรับการควบคุมความเร็วมอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสด้วยอินเวอร์เตอร์ร่วมกับตัวกรองคาลมาน. วารสารวิชาการเทคโนโลยีอุตสาหกรรมและวิศวกรรม มหาวิทยาลัยราชภัฏพิบูลสงคราม. 2568; 7(3): 392-406. https://ph02.tci-thaijo.org/index.php/psru-jite/article/view/262567

ครรชิต ภาวนานนท์, ดวงกมล อังอำนวยศิริ, กมลวรรณ วงศ์วุฒิ, กฤชนันท์ เจริญสุข. การออกแบบและควบคุมหุ่นยนต์ดุลยภาพด้วยตัวควบคุมแบบพื้นฐาน โดยใช้โปรแกรม MATLAB Simulink. วารสารวิชาการเทคโนโลยีอุตสาหกรรม : มหาวิทยาลัยราชภัฏสวนสุนันทา. 2565; 10(2): 9-22. https://ph01.tci-thaijo.org/index.php/fit-ssru/article/view/248385

กฤชนันท์ เจริญสุข, กมลวรรณ วงศ์วุฒิ, ดวงกมล อังอำนวยศิริ, ครรชิต ภาวนานนท์. การออกแบบและควบคุมสำหรับหุ่นยนต์ดุลยภาพด้วยตัวควบคุมพีดี และแอลคิวอาร์ โดยใช้โปรแกรม Simulink. Journal of Engineering and Digital Technology (JEDT). 2565; 10(2): 81-96. https://ph01.tci-thaijo.org/index.php/TNIJournal/article/view/248456

ชนะพันธ์ ศรีจันทร์, ณัฐวุฒิ เดไปวา. ระบบควบคุมทิศทางแรงขับเสริมเพื่อเพิ่มความเร็วในการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าสําหรับอากาศยานไร้คนขับแบบปีกหมุนสี่ใบพัด. Engineering and Technology Horizons. 2567; 41(1): 410112. https://doi.org/10.55003/ETH.410112

เจนวิทย์ คำพูล. การสร้างแบบจำลองและการจำลองคุณลักษณะทางพลวัตในการบินของ อากาศยานไร้คนขับขนาดเล็ก Sky Surfer. วารสารวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีนายเรืออากาศ. 2561; 14(1): 86-97. https://ph02.tci-thaijo.org/index.php/nkrafa-sct/article/view/159334

ณัฐพงษ์ รื่นฤดีพันธ์, ยศเดช กนกเมธากุล, ณัญธิวัฒน์ พลดี, สุจินต์ บุรีรัตน์. การออกแบบระบบควบคุมวงในของอากาศยานไร้คนขับแบบปีกตรึงโดยใช้เมตาฮิวริสติกส์. วารสารวิจัย มข. ฉบับบัณฑิตศึกษา. 2565; 22(3): 161-173. https://ph02.tci-thaijo.org/index.php/gskku/article/view/244744

ศุภโชค ตันติวิวัทน์. การออกแบบและควบคุมอากาศยานไร้คนขับแบบ 5 ใบพัดหมุน โดยมีใบพัดคู่ควบตรงกลางที่สามารถปรับความเอียงได้ 2 ทิศทาง (วิทยานิพนธ์วิศวกรรมศาสตรดุษฎีบัณฑิต). วิศวกรรมเครื่องกล, วิศวกรรมศาสตร์. จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย; 2566. https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/10278

Chaudhary S, Kumar A. Control of Twin Rotor MIMO System using PID and LQR Controller. Journal of Aircraft and Spacecraft Technology. 2019; 3(1): 211-220. https://doi.org/10.3844/jastsp.2019.211.220

Almtireen N, Elmoaqet H, Ryalat M. Linearized Modelling and Control for a Twin Rotor System. Automatic Control and Computer Sciences. 2018; 52(6) :539-551. https://doi.org/10.3103/S0146411618060020

วิสิทธิ์ ลุมชะเนาว์, ธนกร ดุจเพ็ญ. การพัฒนาเครื่องอบแห้งแบบพ่นฝอยสำหรับจิ้งหรีด ด้วยระบบควบคุมอุณหภูมิอัตโนมัติแบบพีไอดี. วารสารวิชาการเทคโนโลยีอุตสาหกรรม : มหาวิทยาลัยราชภัฏสวนสุนันทา. 2568; 13(1): 27-39. https://ph01.tci-thaijo.org/index.php/fit-ssru/article/view/259485

ราเชณ คณะนา, อิทธิพงศ์ ชัยสายัณห์. การออกแบบวงจรตัวควบคุมพีไอดีเอแบบอเนกประสงค์ และการประยุกต์ใช้งาน. วารสารสายวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเอเชียอาคเนย์. 2562; 5(1): 41-48. https://ph01.tci-thaijo.org/index.php/saujournalst/article/view/200828

สัตถาภูมิ ไทยพานิช, ไพศาล แห้วเพ็ชร, ดนุพล คำปัญญา. การออกแบบตัวควบคุมไอ-พีดีอย่างเหมาะสมเพื่อลดการขยายตัวของสัญญาณควบคุมด้วยขั้นตอนวิธีการถ่ายละอองเรณูดอกไม้สำหรับการควบคุมความเร็วมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง. วารสารสหวิชาการงานวิจัยและนวัตกรรมสังคม. 2568; 1(3): 1-18. https://so10.tci-thaijo.org/index.php/MRSI/article/view/2780