کنترل کننده PID و تصمیم‌گیری

کنترل کننده PID یکی از انواع پرکاربرد کنترل در صنایع مختلف است و علی رغم سادگی، هنوز که هنوز است، استفاده می‌شود. شمای کلی این کنترل‌کننده و طرز اعمال آن بر سیستم تحت کنترل، در تصویر زیر آمده است.

در این مطلب، نکاتی در خصوص PID و ارتباط آن با تصمیم‌گیری آمده است. نام PID برگرفته از سه کلمه زیر است:

هدف از طراحی کنترل کننده PID، تعقیب یک ورودی دلخواه است و تصمیمی که این کنترل کننده می‌گیرد، ترکیبی خطی از سه مولفه است که به ترتیب، متناسب با خود، انتگرال و مشتق خطای بین خروجی و ورودی است. این که متناسب با خطای مشاهده شده، تصمیمی گرفته شود، چیز چندان دور از ذهنی نیست. اما وجود مولفه انتگرالی I، که عملا جمع انباره‌ای همه خطاها در گذشته است، باعث خواهد شد که سیستم از گذشته عبرت بگیرد و از بروز خطای ماندگار و بروز بدهی انباشته، جلوگیری کند. اما این کافی نخواهد بود و برای افزایش سرعت و ایجاد نوعی آینده‌نگری، سیستم باید نسبت به تغییرات لحظه‌ای خطا هم حساس باشد. اینجاست که مولفه مشتقی D دست به کار می‌شود. این مولفه، تطبیق‌پذیری سیستم با شرایط جدید و پیش‌بینی نشده را افزایش می‌دهد.

این که این موارد در ساختار PID به صورت خطی و ثابت با هم ترکیب شده‌اند، بعضا باعث عملکرد نامناسب می‌شود که با تغییراتی در ساختار این کنترل‌کننده و ایجاد نسخ پیشرفته‌تر، این نقیصه نیز رفع شده است. اما نهایتا، وجود سه مولفه حال، گذشته و آینده در تصمیم، کارکرد نهایی را می‌سازد. بعضی تصمیمات، رفتارها، روش‌ها و الگوها کار می‌کنند؛ اما فقط متکی به زمان حال هستند و اغلب در درازمدت، باعث پدیدار شدن خطای انباشته می‌شوند، که شاید هیچ گاه قابل جبران نباشند؛ مثل وامی که در اثر تأخیر در بازپرداخت و با بهره سنگین، دیگر قابل تسویه نیست و خارج از توان مدیون است. در برخی موارد، عبرت‌گیری از گذشته هم وجود دارد و به اندازه کافی زمان حال هم در تصمیمات دخیل است. اما به دلیل در نظر نگرفتن تغییرات و دینامیک موجود، سرعت تطبیق با شرایط، پایین است و نهایتا باعث جا ماندن از تحولات و در جا زدن می‌شود.

چیزی که در مهندس کنترل برای من جذاب است، دیدن و دانستن این تناظرها میان زندگی واقعی و ریاضیات است. یکی از خوش‌شانسی‌هایم در زندگی، این بود که به صورت اتفاقی با این رشته آشنا شدم، که دیدگاه ویژه‌ای به مسائل دارد. شاید جایی در جهان نیست که نتوان اثری از کنترل در آن یافت.