3. Regler und Reglertypen

3.2 Stetige Regler

3.2.1 Proportional-Regler (P)

Der P-Regler ist der einfachste Reglertyp. Die Stellgröße ist direkt proportional der Regeldifferenz e = w - x.

Nachteilig ist die bleibende Regelabweichung ep. Sie ergibt sich zwangsläufig aus dem Regelgesetz: Da die Stellgröße y normalerweise nicht verschwindet, kann auch die bleibende Regelabweichung ep nicht verschwinden.

Regelkreis mit P-Regler

Die bleibende Regelabweichung ep kann durch Vergrößern der Regelverstärkung Kp bzw. Verkleinern des Proportionalbereiches xp verringert werden. Damit nimmt aber gleichzeitig die Schwingneigung des Regelkreises zu, er kann instabil werden.

Sprungantwort bei unterschiedlicher Regelverstärkung Kp

3.2.2 Proportional-DiffenrentiaL -Regler (PD)

Beim PD-Regler wird zusätzlich zum P-Anteil ein geschwindigkeitsproportionaler Anteil zurückgeführt.

Dieser hat einen dämpfenden Einfluss. Damit kann eine höhere Regelverstärkung Kp gewählt werden, ohne dass das System zu schwingen anfängt.

Der PD-Regler hat daher im Allgemeinen eine geringere bleibende Regelabweichung ep als der reine P-Regler.

Regelkreis mit PD-Regler

3.2.3 Proportional-Integral-Regler (PI)

Beim PI-Regler wird zusätzlich zum Proportionalanteil ein integraler Anteil zurückgeführt. Dieser verhindert eine bleibende Regelabweichung ep.

Sobald die Regeldifferenz e ungleich Null ist, summiert das Integral die Abweichungen über der Zeit auf und die Reglerausgangsgröße y wächst stetig. Schließlich wird die Reglerausgangsgröße y exakt so groß sein, dass die bleibende Regelabweichung ep Null ist.

Der integrale Anteil verringert die Stabilität und der P-Anteil muss entsprechend verkleinert werden.

Regelkreis mit PI-Regler

3.2.4 Proportional-IntegraL-Differential-Regler (PID)

Der PID-Regler ist der verbreitetste Reglertyp. Die Stellgröße wird aus der Regeldifferenz e wie folgt berechnet:

Durch den integralen Anteil hat dieser Reglertyp ebenso wie der PI-Regler keine bleibende Regelabweichung ep.

Der differentielle Anteil ist geschwindigkeitsproportional und hat damit eine dämpfende Wirkung.

Regelkreis mit PID-Regler

3.2.5 Wirksinn eines Reglers

Der Wirksinn beschreibt, in welche Richtung sich der die Reglerausgangsgröße y bei einem Eingangssignal verändert. Man unterscheidet direkten und inversen Wirksinn. Als Beispiel dient die bekannte Füllstandsregelung. Eine Regulierung des Füllstandes im Behälter kann durch Verändern des Zuflusses oder des Abflusses geschehen.

  • Regelung über den Zufluss

Füllstand (x) steigt: Zufluss (y) muss gedrosselt werden.
Eine Vergrößerung der Regelgröße x hat eine Verringerung der Stellgröße y zur Folge:

Der Wirksinn ist invers.

  • Regelung über den Abfluss

Füllstand (x) steigt: Abfluss (y) muss erhöht werden.
Eine Vergrößerung der Regelgröße x hat eine Vergrößerung der Stellgröße y zur Folge:

Der Wirksinn ist direkt.

Wirksinn und Arbeitspunktkorrektur am Beispiel eines P-Reglers

Wirksinn am pneumatischen Stellventil


Der Wirksinn lässt sich meistens am Regler einstellen. Es besteht aber auch oft die Möglichkeit, den Wirksinn am Stellglied zu verändern. Als Beispiel dient das pneumatische Stellventil. Je nach Ausführung öffnet oder schließt der Luftdruck das Ventil.

Manchmal ist dieses Verhalten bereits durch Sicherheitsanforderungen festgelegt. In diesen Fällen soll das Ventil bei Ausfall der Hilfsenergie (Druckabfall) eine bestimmte, sicherheitstechnisch vorgeschriebene Stellung einnehmen.

Beispiel für direkten Wirksinn an einem pneumatischen Stellventil

https://instrumentationtools.com/control-valve-working-animation/