Telekolleg - Informatik


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Technologie - 7. Regelungstechnik 4. PID-Regler

Elektronische Regler können eine Anpassung des Ist-Werts an den Sollwert in sehr kurzer Zeit vornehmen. Dies ist dringend erforderlich, wenn es sich um eine sehr schnelle Regelstrecke handelt.

Stand: 13.04.2017

Experiment zur PID-Regelung eines Elektromotors | Bild: BR

Proportionalregler: Bei größerer Verstärkung tritt eine "Regelschwingung" auf.

Zur Optimierung des Regler-Verhaltens verwendet man sehr oft einen PID-Regler. Das ist eine Kombination aus einem Proportional-Regler, einem Integral-Regler und einem Differential-Regler. Bei einem Proportional-Regler wird eine Regelabweichung proportional verstärkt. Je größer die Abweichung, desto größer die Stellgröße. Bei kleiner Verstärkung bleibt allerdings eine dauerhafte Regelabweichung; bei größerer Verstärkung kommt zu sogenannten Regelschwingungen: Der Ist-Wert schießt über das Ziel hinaus und muss wieder reduziert werden, gerät zu tief, wird wieder überhöht, usw.

Optimierte Regelzeit mit einem Proportional-Integral-Differential-Regler

Als nächstes wird ein Integral-Regler dazu geschaltet: Dieser reagiert umso heftiger, je mehr die Fläche zwischen der Soll- und der Ist-Kurve anwächst. Insgesamt erfolgt die Regelung diesmal viel schneller. Wenn allerdings die Verstärkung der beteiligten Regler weiter erhöht wird, um die Regelzeit noch weiter zu verkürzen, dann kommt es wieder zu Regelschwingungen. Um dies zu verhindern, braucht man noch einen Differential-Regler. Ein Differential-Regler greift umso stärker ein, je weniger die Steigungen der Ist- und der Sollkurve übereinstimmen.

Die Frequenz des in Kraftwerken erzeugten Wechselstroms muss konstant 50 Hertz betragen.

Eine derart optimierte Drehzahlregelung braucht man in einem Elektrizitätskraftwerk. Hier kommt es auf die konstante Drehzahl beim Generator an, weil der Wechselstrom unbedingt eine feste Frequenz haben muss. Z.B funktionieren noch viele Uhren mit der vom Energieversorger zugesicherten Frequenz von 50 Hertz.

PID-Regelung einer Flüssigkeitsstrecke

Im nächsten Experiment wird ein PID-Regler bei einer viel langsameren Regelstrecke eingesetzt: Bei einem Flüssigkeitsbehälter wird der Zulauf über eine Pumpe so geregelt, dass der Flüssigkeitsspiegel trotz Abfluss auf einem konstanten Wert bleibt.


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