مقدمه ای بر کنترلر PID

به نام خدا

یکی از مهم ترین قسمت های هر ربات کنترل آن است که توسط پردازنده و بر اساس برنامه نویسی انجام می شود

اهمیت کنترل و همچنین گستردگی آن موجب شد تا رشته دانشگاهی به نام برق کنترل ایجاد شود تا دانشجویان این رشته به طور تخصصی به یادگیری علم کنترل و به کارگیری آن بپردازند

در اینجا با گذشتن از مقدمات و پیش نیازها یکسره به سراغ وسط بحث می پریم و کنترلر PID را توضیح می دهیم

کنترلر PID یکی از ساده ترین و پایه ای ترین کنترلر هاست که در عین سادگی در بسیاری موارد نیاز ما را رفع می کند .

قبل از پرداختن به بحث کنترلر PID نیاز است تا مفهوم کنترل به درستی‌ درک شود

اولین کلمه‌ای که در کنترل مطرح میشود سیستم است . سیستم همان چیزی است که قرار است کنترل شود

چند مثال از سیستم عبارتند از :

مقداری آب ( که قرار است دمای آن کنترل شود )

یک موتور dc ( که قرار است سرعت چرخش آن کنترل شود )

یک آسانسور ( که قرار است ارتفاع آن کنترل شود تا دقیقا هم سطح طبقات بایستد )

یک ربات فوتبالیست ( که قرار است دهانه جلوی آن همیشه به سمت شمال باشد )

و ...

نکته بعدی پارامتری است که قرار است کنترل شود . که در موارد بالا داخل پرانتز نوشته شده اند . در بعضی‌ از موارد تعیین درست پارامتری که قرار است کنترل شود سخت و بسیار مهم است .

بخش مهم بعدی سنسوری است که باید تغیرات پارامتر را اندازه گیری کند . زیرا بدون داشتن سنسور و اندازه پارامتر نمی‌توان سیستم را کنترل کرد . ( مثلا بدون داشتن دماسنج و بدون دانستن دمای آب ، نمی‌توان دمای آن را کنترل کرد )

پس توجه کنید که در انتخاب پارامتر باید به سنسور نیز توجه داشت .

بخش دیگر یک سیستم دستور ورودی آن است . ( برای مثال دستور ورودی مشخص می‌کند که سرعت چرخش موتور در هر لحظه چقدر باشد ) 

دستور ورودی هر سیستم نیز باید از جنس پارامتر و جنس خروجی سنسور باشد . ( برای مثال وقتی پارامتر ، سرعت چرخش موتور است و سنسور نیز سرعت چرخش موتور را اندازه گیری می‌کند دستور ورودی نمی‌تواند از جنس سرعت حرکت ربات به سمت جلو یا ... باشد بلکه باید از جنس سرعت چرخش موتور باشد )

بحث مهم دیگری که در هر سیستم کنترلی وجود دارد خطای ( Error ) سیستم است . اختلاف بین پارامتر سیستم و دستور ورودی را خطای سیستم میگوییم . هدف تمام سیستم‌های کنترلی به حداقل رساندن اندازه خطا در کمترین زمان ممکن است .

و اما بخش بعدی هر سیستم کنترلی فعال کننده‌های ( Actuators ) آن است .

فعال کننده همان قسمتی است که میتواند موجب تغییر پارامتر شود . مثلا در کنترل دمای آب المنتی که در داخل آب قرار داده شده و میتواند دمای آب را بالا ببرد فعال کننده محسوب میشود . و در آسانسور ، موتور آسانسور که میتواند ارتفاع آسانسور را تغییر دهد و در ربات فوتبالیست موتور‌های ربات که میتوانند آن را بچرخانند فعال کننده محسوب میشوند