Regler
Regler vergleichen kontinuierlich einen von Sensoren durch eine Messung ermittelten Istwert mit einem Sollwert.
Aus dem Unterschied der beiden Größen (Regeldifferenz bzw. Regelabweichung) wird je nach Charakteristik des Reglers eine Stellgröße abgeleitet und an die Steuerung weiter gegeben. Diese verändert nun den Energiefluss zu einem Stellsystem, um eine Annäherung an den Sollwert zu erreichen.
Bei Erreichen des Sollwertes bleibt das System nicht unbedingt sofort in einem stabilen Zustand. Oft schießt die Regelgröße über das Ziel hinaus und es muss eine Ansteuerung in die entgegengesetzte Richtung erfolgen. (Überschwingen).
Nachdem der Sollzustand stabil erreicht ist, bleibt das System in seinem Zustand bis durch Belastung oder veränderte Anforderungen eine Veränderung des Ist- oder Sollwerts auftritt. Dann erfolgt wiederum über die Steuerung ein Anregeln auf den gewünschten Wert.
Die Charakteristik eines Reglers legt fest, wie aus der gemessenen Differenz zwischen Soll- und Ist-Wert die Stellgröße bestimmt wird:
Es gibt Nichtstetige Regler wie Zweipunkt- und Dreipunkt-Regler und Fuzzy-Regler die nach der Fuzzy-Logik arbeiten und es gibt u.a. folgende stetigen Regler:
Proportional-Regler (P-Regler)
Das linke Bild zeigt einen Generator, der einen Sprung von 0 auf 1 bei t=0,5s macht. In der Mitte ist das Block-Symbol eines P-Reglers zu sehen und rechts daneben ein y-t-Schreiber.
Das rechte Bild zeigt das Ergebnis des y-t-Schreibers. Der P-Regler hat eine Verstärkung von K=2, so dass insgesamt 2 als Ergebnis herauskommt (1*2=2). Die Sprungantwort des P-Reglers ist linear zum Eingangssprung.
Der P-Regler
- kann Störungen der Regelstrecke nicht ausregeln → bleibende Regeldifferenz
- reagiert unmittelbar auf eine Veränderung der Regelgröße
- ist stabil
Der P-Regler arbeitet ungenau!
Integral-Regler (I-Regler)
I-Regler Sprungantwort I-Regler
Das linke Bild zeigt einen Generator, der einen Sprung von 0 auf 1 bei t=0,5s macht. In der Mitte ist das Block-Symbol eines I-Reglers zu sehen und rechts daneben ein y-t-Schreiber.
Das rechte Bild zeigt das Ergebnis des y-t-Schreibers. Der I-Regler hat eine Integrierzeit von Ti=1. Die Sprungantwort des I-Reglers ist ein linearer Anstieg.
Der I-Regler
- stellt Regelgröße exakt auf Führungsgröße ein
- neigt dabei zu Schwingungen → nicht stabil
- benötigt mehr Zeit für den Regelvorgang als der P-Regler
Der I-Regler regelt präzise, aber langsam und neigt zu Schwingungen.
Differential-Regler (D-Regler)
D-Regler Sprungantwort-D-Regeler
Das linke Bild zeigt einen Generator, der einen Sprung von 0 auf 1 bei t=0,5s macht. In der Mitte ist das Block-Symbol eines D-Reglers zu sehen und rechts daneben ein y-t-Schreiber.
Das rechte Bild zeigt das Ergebnis des y-t-Schreibers. Der D-Regler hat eine Differenzierzeit von Td=1. Die Sprungantwort des D-Reglers ist ein theoretisch unendlich großer Nadelimpuls.
Der D-Regler
- ist alleine als Regler nicht brauchbar
- gibt nur eine Stellgröße ab, so lange das Eingangssignal sich ändert
- regelt ein konstante Regeldifferenz nicht aus
Der D-Regler ist nur in Kombination mit anderen Grundtypen einsetzbar. Durch den D-Anteil wird eine schnellere Ausregelung von Störungen bewirkt.
PI-Regler
PI-Regler Sprungantwort-PI-Regler
Das linke Bild zeigt einen Generator, der einen Sprung von 0 auf 1 bei t=0,5s macht. In der Mitte ist das Block-Symbol eines PID-Reglers zu sehen und rechts daneben ein y-t-Schreiber. Der D-Anteil (Tv) ist auf Null eingestellt worden.
Das rechte Bild zeigt das Ergebnis des y-t-Schreibers. Der PI-Regler hat ein P-Anteil von K=2 und eine Nachstellzeit von Tn=1. Die Sprungantwort des PI-Reglers ist ein Sprung auf 2 (1*2=2) und dann ein konstanter linearer Anstieg.
Der PI-Regler
- Der P-Reglerteil versucht eine auftretende Regeldifferenz schnell abzufangen
- I-Reglerkomponente beseitigt anschließend die restliche Regeldifferenz
Der PI-Regler arbeitet schnell und präzise.
PD-Regler
PD-Regler Sprungantwort-PI-Regler
Das linke Bild zeigt einen Generator, der einen Sprung von 0 auf 1 bei t=0,5s macht. In der Mitte ist das Block-Symbol eines PID-Reglers zu sehen und rechts daneben ein y-t-Schreiber. Der I-Anteil (Tn) ist auf Null eingestellt worden.gbh xb dfg fdg
Das rechte Bild zeigt das Ergebnis des y-t-Schreibers. Der PD-Regler hat ein P-Anteil von K=2 und eine Vorhaltezeit von Tv=1. Die Sprungantwort des PD-Reglers ist ein theoretisch unendlich hoher Nadelimpuls und zeitlich danach verharrt die Kurve konstant auf 2.
Der PD-Regler
- ist schneller als ein P-Regler oder ein PI-Regler
- besitzt eine bleibende Regeldifferenz
Wegen mangelnder Genauigkeit wird er selten als Regler eingesetzt. Dort wo P-Regler den Anforderungen genügen, können zur Verbesserung der Regeldynamik PD-Regler eingesetzt werden.
PID-Regler
PD-Regler Sprungantwort-PID-Regler
Das linke Bild zeigt einen Generator, der einen Sprung von 0 auf 1 bei t=0,5s macht. In der Mitte ist das Block-Symbol eines PID-Reglers zu sehen und rechts daneben ein y-t-Schreiber.
Das rechte Bild zeigt das Ergebnis des y-t-Schreibers. Der PID-Regler hat ein P-Anteil von K=2, eine Nachstellzeit von Tn=1 und eine Vorhaltezeit von Tv=1. Die Sprungantwort des PID-Reglers ist ein theoretisch unendlich hoher Nadelimpuls und zeitlich danach wirkt der P-Anteil, so dass der Ausgang des PID-Reglers auf 2 springt. Dann wirkt der I-Anteil, so dass dann ein konstanter linearer Anstieg erfolgt.
Der PID-Regler
- optimale Anpassung an verschiedene Regelstrecken
- schnelles Vorhalten, gezieltes Anfahren in die Nähe des Sollwerts und abschließendes präzises Ausregeln der Regeldifferenz.
Der PID-Regler kann als Universalregler bezeichnet werden.
siehe auch: Rückkopplung, Regelungstechnik
Weblink:
Demo-Version von WinFACT 6, Gutes Demoprogramm, in der die einzelnen Regler gut erklärt werden (Programmteil: Boris)