کنترل کننده گسسته و پیوسته و کنترل کننده پی آی دی PID

کنترل کننده صنعتی بخشی از یک سیستم کنترلی است که مسئول تولید سیگنال‌های کنترلی به منظور کاهش انحراف «مقدار واقعی» (Actual Value) از «مقدار مطلوب» (Desired Value) شناخته می‌شود. در واقع کنترل کننده تلاش می‌کند که اختلاف بین سیگنال واقعی و سیگنال مطلوب در حالت ایده‌آل به صفر برسد، البته در کاربردهای عملی این مقدار که به آن خطا می‌گویند، به صفر نمی‌رسد، بلکه تلاش می‌شود به کمترین حد ممکن کاهش پیدا کند. بنابراین کنترل کننده در سیستم‌های صنعتی باید عملکرد سیستم را کنترل کند تا دقیق‌ترین پاسخ یا خروجی ممکن از سیستم دریافت شود.روش‌های کنترلی از دید تولید فرمان به دو دسته: پیوسته و گسسته تقسیم می‌شوند. دو روش بسیار کاربردی در کنترل گسسته عبارت‌اند از: کنترل ON/OFF و کنترل PWM.
در روش کنترل ON/OFF برای این که تعداد روشن و خاموش شدن‌ها کاهش یابد از تکنیکی به اسم باند هیسترزیس استفاده می‌شود.در کنترل ON/OFF با هیسترزیس با این که تعداد خاموش و روشن‌ها کمترمی شود اما نوسان خروجی بیشتر خواهد شد.
در روش کنترل پیوسته امکان تغییرات نرم خروجی در سرتاسر بازه عملکرد ایجاد می شود.بنابراین خروجی سیستم کنترلی به صورت نرم متناسب با تمام یا بخشی از سیگنال خطا تغییر خواهد کرد. بر اساس ورودی اعمال شده به سیستم کنترل کننده ، این روش را به انواع زیر تقسیم می‌کنند:
کنترل کننده تناسبی (Proportional Controller)
کنترل کننده انتگرال‌گیر (Integral Controller)
کنترل کننده مشتق‌گیر (Derivative Controller)
کنترل کننده‌های تناسبی مشتق‌گیر انتگرال‌گیر (Proportional Integral Derivative Controller) که به اختصار به آن‌ها کنترل کننده PID می‌گویند، نوع دیگری از کنترل کننده‌های ترکیبی هستند که هر سه نوع کنترل کننده تناسبی، مشتق‌گیر و نیز انتگرال‌گیر را با هم ترکیب می‌کند.
کنترل‌کننده پی‌آی‌دی proportionalintegralderivative controller) (PID controller)) از رایج‌ترین نمونه‌های الگوریتم کنترل بازخوردی است که در بسیاری از فرایندهای کنترلی نظیر کنترل سرعت موتور DC، کنترل فشار، کنترل دما و کاربرد دارد. کنترل‌کننده PID مقدار «خطا» بین خروجی فرآیند و مقدار ورودی مطلوب (setpoint) را محاسبه می‌کند. هدف کنترل‌کننده، به حداقل رساندن خطا با تنظیم ورودی‌های کنترل فرایند است.PID از سه قسمت مجزا به نام‌های Proportional (تناسبی)،Integral (انتگرال‌گیر) و Derivative (مشتق‌گیر) تشکیل شده که هر کدام از آن‌ها سیگنال خطا را به عنوان ورودی گرفته و عملیاتی را روی ان انجام می‌دهند و در نهایت خروجی شان با هم جمع می‌شود. خروجی این مجموعه که همان خروجی کنترل‌کننده PID است به سیستم بازگشت (فیدبک) داده می‌شود.کنترل کننده PID یک سیستم حلقه بسته است که سیستم کنترل فیدبک دارد و متغیر فرایند (متغیر فیدبک) را با نقطه تنظیم‌شده مقایسه می‌کند و سیگنال خطایی تولید می‌کند و بر طبق آن، خروجی سیستم را تنظیم می‌کند. این فرایند تا اینکه خطا صفر شود یا مقدار متغیرهای فرایند با مقدار تنظیم‌شده برابر شوند، ادامه می‌یابد.
در بسیاری از کنترل‌کننده‌ها به علت حساسیت عبارتِ مشتق نسبت به نویز و دشواری اجرا، از آن صرف نظر و کنترل را به صورت PI پیاده‌سازی می‌کنند.
درکنترل تناسبی خروجی کنترل‌کننده در تناسب با مقدار خطاست (به همین دلیل به آن تناسبی می‌گویند). اگر خطا بزرگ باشد، خروجی کنترل‌کننده هم بزرگ است و اگر خطا کوچک باشد خروجی کنترل‌کننده هم کوچک است.استفاده از کنترل‌کننده تناسبی به‌تنهایی، یک عیب بزرگ دارد و آن، آفست (Offset) است. آفست، یک خطای پایدار است که نمی‌توان به‌تنهایی با کنترل تناسبی آن را از بین برد.
باتوجه‌ به مشکل ذکر شده در بخش کنترل تناسبی و حذف انحراف همیشگی آن، از عملکرد انتگرال استفاده می‌شود.کنترل کننده انتگرالی برای کاهش خطای حالت پایدار (ماندگار) استفاده می‌شود.در ادامه عملیات کنترل‌کننده انتگرالی تا جایی ادامه می‌یابد تا خطای آفست صفر شود.