Najczęściej w przemysłowych układach regulacji możemy spotkać regulatory PD lub PID, szacuje się że znajdują one zastosowanie, aż w około 90% aplikacji. Nadają się one do regulacji stałowartościowej wszędzie tam, gdzie obiekty sterowania charakteryzują się małą dynamiką zmian wartości regulowanej lub nie posiadamy wystarczającej wiedzy na temat obiektu regulacji, by móc zbudować model matematyczny potrzebny w innych bardziej rozbudowanych metodach sterowania. Przykładami aplikacji z zastosowaniem tego rodzaju regulacji może być utrzymywanie stałej temperatury w pomieszczeniu, natężenia przpływu cieczy lub stabilizacja prędkości obrotowej wału silnika.

W skład regulatora PID wchodzą trzy człony: człon proporcjonalny - P (ang. proportional), czlon całkujący - I (ang. integral) oraz człon różniczkujący - D (ang.derivative). Idealny regulator PID jest opisany poprzez poniższą transimitancje operatorową:

gdzie:

K_p - wzmocnienie członu proporcojnalnego,

 K_i - wzmocnienie członu całkującego,

K_d - wzmocnienie członu różniczkującego,

s - zmienna zespolona w przekształceniu Laplace’a,

W przypadku gdy wszystkie wzmocnienia są ustawione na wartości różne od zera mamy do czynienia z regulatorem PID, w przypadku gdy  K_i = 0 - mówimy o regulatorze PD, zaś gdy K_d = 0 jest to regulator PI. Tematyka ustawień regulatora PID i doboru wartości wzmocnień będzie poruszona w kolejnych częściach artykułu. W tym artykule chciałbym jednak jeszcze bardziej szczegółowo przedstawić budowę, zasadę działania tego regulatora oraz wynikające z tego konsekwencje, o których należy wiedzieć i pamiętać, by móc stosować reg. PID w konkretnych aplikacjach.

Regulator PID pracuje w pętli sprzężenia zwrotnego (zamknięty układ regulacji), oblicza wartość uchybu jako różnicę pomiędzy wartością zadaną, a wartością aktualnie zmierzoną na wyjściu obiektu i działa w taki sposób, by zredukować uchyb poprzez odpowiednie ustawienie sygnału podawanego na wejście sterowanego obiektu.

Poglądowo działanie każdego z członów regulatora w odniesieniu do czasu można zinterpretować następująco:

 - działanie członu P kompensuje uchyb bieżący,
 - człon I kompensuje akumulację uchybów z przeszłości,
 - człon D kompensuje przewidywane uchyby w przyszłości.

 Ważona suma tych trzech działań stanowi podstawę sygnału podawanego na człon wykonawczy w celu regulacji procesu (np. zmiana położenia zaworu regulacyjnego przepływ cieczy albo zwiększenie mocy grzejnika).

Należy pamiętać również o tym, że regulator PID jest regulatorem liniowym i teoretycznie powninien być stosowany jedynie do obiektów liniowych, zaś te w świecie fizycznym nie istnieją, jednak w pewnym zakresie, obiekt nielinowy można aproksymować modelem liniowym, zaś błędy wynikające z tego zabiegu potraktować jako zakłócenia. 

Rys. 1 Aproksymacja funkcji nieliniowej funkcją liniowa w przedziałach.

Możliwość przeprowadzenia takiej aproksymacji zależy do stopnia nieliniowości obiektu, przedziału charakterystyki w jakim ma być ta aproksymacja przeprowadzana oraz naszych oczekiwań co do jakości regulacji. Regulator PID nie zapewnia sterowania optymalnego oraz nie gwarantuje stabilności układu, jednak jest on w zupełności wystarczający do większości standardowych aplikacji, a jego prostota, łatwość konfiguracji i niski koszt decydują o jego olbrzymiej popularości.