کنترلر pid به زبان ساده

سیستم PID مخفف کلمات Proportional (نسبی)، Integral (انتگرالی) و Derivative (مشتق‌گیر) است. این یک نوع کنترل اتوماتیک است که برای تنظیم خودکار یک فرایند و حفظ یک متغیر در یک مقدار مطلوب، از این سه ضریب استفاده می‌کند. دستورالعمل هر سه ضریب pid به‌صورت زیر است:

Proportional : (نسبی)

این ضریب باتوجه‌به اختلاف بین مقدار مطلوب و واقعی متغیر کنترل، یک سیگنال خروجی تولید می‌کند که به نسبت با این اختلاف است. به‌عبارت‌دیگر، اگر خطا بزرگ باشد، سیگنال خروجی نیز بزرگ خواهد بود.

Integral : (انتگرالی)

ضریب انتگرالی تأثیر تجمعی بر اختلاف بین مقدار مطلوب و واقعی را دارد. این کمک می‌کند که حتی در صورت وجود خطا مانند تناوب یا نوسانات، سیستم به مقدار مطلوب برسد.

Derivative: (مشتق‌گیر)

اختلاف نرخ تغییر متغیر کنترل را اندازه‌گیری می‌کند. استفاده از ضریب مشتق‌گیر کمک می‌کند تا جلوی افزایش یا کاهش سریع متغیر کنترل گرفته شود و به تعادل نزدیک‌تر شود.
کارکرد این سه ضریب در سیستم PID به‌صورت زیر است:

سیگنال خروجی کنترلی (U) برابر با مجموع ضریب های نسبی (P)، انتگرالی (I) و مشتق گیر (D) است.

U = Kp * P + Ki * I + Kd * D

در این فرمول، Kp، Ki و Kd ضرایب تنظیم‌پذیر هستند که تأثیر نسبی، انتگرالی و مشتق گیر را مشخص می‌کنند.

سیستم PID به دلیل انعطاف‌پذیری و قابل‌تنظیم بودن، در کنترل بسیاری از فرآیندها و سیستم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد، از جمله کنترل دما، فشار، سرعت، و غیره.

هدف از کنترل به روش PID چیست؟

هدف اصلی از استفاده از سیستم کنترل PID (Proportional-Integral-Derivative)، کنترل و تنظیم یک فرآیند یا سیستم به نحوی است که متغیر کنترلی به مقدار مطلوب نزدیک شود و در مقدار مطلوب نگه داشته شود.

این سیستم سعی دارد تا پایداری سیستم را حفظ کند، کنترل دقیق بر روی متغیر کنترلی داشته باشد و به تغییرات فرآیند به‌خوبی و به‌صورت تطبیقی پاسخ دهد. همچنین، هدف از سیستم PID کاهش زمان پاسخ سیستم، حفظ تعادل، و ایجاد یک سیستم کنترل یکپارچه با قابلیت تنظیم به بهترین شکل ممکن است.

از این روش برای بهبود کنترل و عملکرد سیستم، حفظ پایداری، و کاهش تغییرات ناخواسته در متغیرهای کنترلی استفاده می‌شود. سیستم PID به‌عنوان یک ابزار گسترده و قدرتمند در انواع مختلف صنایع و فرآیندها به کار می‌رود و به مهندسان امکان می‌دهد تا بادقت واکنش سیستم را به نیازهای خودتنظیم و تطبیق دهند.

در واقع هدف از pid رساندن خطا به صفر است

در یک سیستم pid ایده‌آل:

E=sp-pv

E=0

ضریب p در سیستم Pid چه تأثیری دارد؟

ضریب P یا Kp در سیستم PID (Proportional-Integral-Derivative) تأثیر مستقیم بر عملکرد سیستم دارد. این ضریب نسبی (Proportional) نسبت مستقیم بین خطا (اختلاف بین مقدار مطلوب و مقدار واقعی) و سیگنال کنترلی تولید شده توسط ضریب نسبی را تعیین می‌کند.

میزان افزایش یا کاهش Kp تأثیر زیادی بر رفتار سیستم دارد:

افزایش ضریب kp

افزایش این ضریب باعث افزایش حساسیت سیستم به خطا می‌شود. به‌عبارت‌دیگر، سیگنال خروجی نسبت به اختلاف بین مقدار مطلوب و واقعی، با افزایش Kp به‌شدت افزایش می‌یابد. این ممکن است باعث جواب سریعتر سیستم به تغییرات شود، اما همچنین ممکن است باعث نوسانات زیاد یا ناپایداری شود.

کاهش ضریب kp

اهش این ضریب باعث کاهش حساسیت سیستم به خطا می‌شود. سیگنال خروجی در این حالت به‌اندازه کمتری در واکنش به اختلاف بین مقدار مطلوب و واقعی تغییر می‌کند. این ممکن است باعث ثبات بیشتر سیستم شود، اما به هزینه زمان پاسخ بیشتر می‌رود.

بنابراین، تنظیم مناسب Kp به‌عنوان یک پارامتر کنترلی، نقش مهمی در بهینه‌سازی عملکرد سیستم PID دارد. تعیین این ضریب نیاز به تجربه، آزمایش و تنظیم دقیق دارد تا سیستم بهینه‌ای به دست آید.

ضریب I در سیستم Pid چه تأثیری دارد؟

ضریب I یا Ki در سیستم PID (Proportional-Integral-Derivative) به ضریب انتگرالی (Integral) اشاره دارد و تأثیر زیادی بر عملکرد سیستم دارد. این ضریب بر اساس تجمع اختلاف بین مقدار مطلوب و واقعی متغیر کنترلی عمل می‌کند.

تأثیر ضریب I به شرح زیر است:

افزایش ضریب Ki

افزایش این ضریب باعث افزایش تأثیر ضریب انتگرالی می‌شود. این به معنای افزایش تجمع خطا در زمان است. در نتیجه، سیستم به طور مداوم سعی می‌کند تا خطا را کاهش دهد و به مقدار مطلوب برسد. افزایش ضریب انتگرالی به طور مستمر منجر به پایداری بیشتر سیستم می‌شود.

کاهش ضریب ki

کاهش این ضریب موجب کاهش تأثیر ضریب انتگرالی می‌شود. این ممکن است به‌منظور کاهش تأثیر اشکالات یا نوسانات زیاد در سیستم مورداستفاده قرار گیرد. بااین‌حال، اگر این ضریب به‌اندازه کم باشد، ممکن است سیستم نتواند به‌اندازه کافی سریع به مقدار مطلوب برسد.
ضروری است که تنظیم ضریب Ki به‌دقت انجام شود؛ زیرا تنظیم نادرست آن می‌تواند به نوسانات زیاد، زمان پاسخ بیشتر یا حتی به‌نوعی ناپایداری در سیستم منجر شود. به‌طورکلی، تعیین مناسب ضرایب PID نیاز به آزمایش و تجربه دارد تا بهترین کنترل برای سیستم خاص مشخص شود.

ضریب D در سیستم Pid چه تأثیری دارد؟

ضریب D یا Kd در سیستم PID (Proportional-Integral-Derivative) به ضریب مشتق‌گیر (Derivative) اشاره دارد و نقش مهمی در بهبود عملکرد سیستم دارد. این ضریب بر اساس نرخ تغییر متغیر کنترلی عمل می‌کند.

تأثیر ضریب D به شرح زیر است:

افزایش ضریب kd

افزایش این ضریب باعث افزایش تأثیر ضریب مشتق‌گیر می‌شود. این به معنای این است که سیستم به‌شدت به نرخ تغییر متغیر کنترلی حساس می‌شود. این تأثیر می‌تواند جلوی نوسانات غیرمطلوب و جواب سریع‌تر به تغییرات را بگیرد، اما ممکن است در برخی موارد منجر به نوسانات زیاد یا نوسانات معکوس شودکاهش ضریب kd

کاهش ضریب مشتق‌گیر به معنای کاهش حساسیت به نویزهای سیگنال و کاهش نوسانات غیرمطلوب در سیستم مورداستفاده قرار گیرد. بااین‌حال، کاهش زیاد این ضریب ممکن است باعث کندشدن پاسخ سیستم به تغییرات گردد.

استفاده از ضریب مشتق‌گیر در سیستم PID بهبود قابل‌ملاحظه‌ای در پایداری سیستم و حساسیت به تغییرات فراهم می‌کند. معمولاً ترکیب مناسب از ضریب های نسبی (P)، انتگرالی (I) و مشتق گیر (D) با تنظیم دقیق ضرایب آنها به بهبود کنترل سیستم و جلوگیری از نوسانات زیاد و نویزهای ممکن است کمک کند.

در چه سیستم‌هایی از Pid کنترل استفاده می‌شود؟

سیستم PID یک سیستم کنترل اتوماتیک است که در انواع مختلف سیستم‌ها و فرآیندهای مختلف مورداستفاده قرار می‌گیرد. توانمندی این سیستم در تنظیم خودکار و تطبیق با شرایط مختلف آن را به یکی از محبوب‌ترین روش‌های کنترل تبدیل کرده است. در زیر تعدادی از سیستم‌ها و فرآیندهایی که از کنترل PID بهره‌مندند ذکر شده است:

کنترل دما

در انواع صنایع مانند صنایع شیمیایی، متالورژی، پتروشیمی و غیره، کنترل دما بسیار حائز اهمیت است. سیستم PID به‌عنوان یک روش کنترل دما مورداستفاده قرار می‌گیرد.

کنترل سرعت و موقعیت 

در سیستم‌های مکانیکی مانند ربات‌ها، ماشین‌های CNC (کنترل عددی تراش‌ها)، لیفتراک‌ها و سیستم‌های حمل‌ونقل، کنترل سرعت و موقعیت از PID استفاده می‌شود.

کنترل فشار

در صنایع گاز و نفت، پتروشیمی، واحدهای تولید برق و سایر صنایع، کنترل فشار با استفاده از سیستم PID معمول است.

آب‌رسانی 

در سیستم‌های آب‌رسانی با بوسترپمپ نیز از pid کنترل برای تثبیت فشار سیستم استفاده می‌شود.

کنترل سطح مایعات

در مخازن ذخیره‌سازی مایعات مانند مخازن آب، مخازن مواد شیمیایی و تجهیزات مشابه، سیستم PID برای کنترل سطح مایعات به کار می‌رود.

روشنایی و رنگ

در صنایع رنگ و روشنایی، کنترل رنگ و نور با استفاده از سیستم PID انجام می‌شود.

سیستم‌های خنک‌کننده و گرمایش

در سیستم‌های خنک‌کننده و گرمایش ساختمان‌ها و صنعتی، PID برای حفظ دمای مطلوب به کار می‌رود.

سیستم‌های الکترونیکی 

در بسیاری از سیستم‌های الکترونیکی، به‌عنوان‌مثال منابع تغذیه و ولتاژهای خروجی، از کنترل PID برای حفظ ولتاژ یا جریان موردنیاز استفاده می‌شود.
سیستم PID به‌عنوان یک روش کنترل گسترده و کاربردی در اکثر صنایع و فرآیندهای صنعتی به کار می‌رود و بهینه‌سازی عملکرد سیستم‌ها را امکان‌پذیر می‌سازد.

مزایای سیستم pid کنترل چیست؟

سیستم کنترل PID (Proportional-Integral-Derivative) برخی مزایای مهم در کنترل فرآیندها و سیستم‌های مختلف دارد. در زیر تعدادی از مزایای این سیستم کنترل آورده شده است:

پایداری سیستم

استفاده از همه سه ضریب (نسبی، انتگرالی و مشتق گیر) در سیستم PID، منجر به پایداری سیستم در مقابل نوسانات و تغییرات خارجی می‌شود.

تنظیم بهینه

PID به‌راحتی قابل‌تنظیم و بهینه‌سازی است، و این امکان را فراهم می‌کند که بهترین کنترل برای هر سیستم خاص را به دست آورید.

کنترل دقیق

سیستم PID به دلیل ترکیب ضریب های نسبی، انتگرالی و مشتق گیر، قادر به انجام کنترل دقیق بر روی متغیرهای فرآیند است.

عملکرد خوب در حضور نوسانات 

ضریب (Integral) در PID کمک می‌کند که حتی در حضور نوسانات مستمر، سیستم به مقدار مطلوب برسد.

کاربرد گسترده

PID یکی از روش‌های کنترل محبوب و گسترده در صنایع مختلف مانند صنایع شیمیایی، خودروسازی، الکترونیک، اتوماسیون صنعتی و سایر حوزه‌ها است.

تطبیق به‌خوبی با تغییرات فرآیند

قابلیت PID در تطبیق به‌خوبی با تغییرات در فرآیند، نوسانات و تغییرات ناگهانی در ورودی‌ها، این سیستم کنترل را به یکی از انتخاب‌های مناسب برای فرآیندهای پویا می‌کند.
کارایی برتر در کنترل موقعیت و سرعت:

در کنترل موقعیت و سرعت، PID به‌خوبی جواب می‌دهد و می‌تواند بادقت بالا سیستم را کنترل کند.

سازگاری با انواع فرآیندها

PID به‌خوبی با انواع مختلف فرآیندها و سیستم‌ها سازگار است، از جمله سیستم‌های پنجره باز و بسته، فرآیندهای گذرای زمان و غیره.
به‌طورکلی، سیستم PID به دلیل سادگی تنظیم، پایداری، و قابلیت کنترل دقیق، در بسیاری از صنایع و فرآیندها به‌عنوان یک ابزار مؤثر در کنترل بهینه و استحکام سیستم‌ها به کار می‌رود.