Grundtypen von Regelverstärkern

Einen entscheidenden Einfluss auf das Verhalten der Regelung hat nun die Art und Weise, wie man aus der Differenz von Ist- und Sollwert die Stellgröße berechnet. Die Übertragungsfunktion des Regelverstärkers bestimmt also das Verhalten des Reglers. Man kann die verschiedenen Grundfunktionen von Regelverstärkern auch beliebig kombinieren, wobei sich deren Übertragungsfunktionen entweder addieren (bei Parallelschaltung) oder multiplizieren (bei Serienschaltung). Aus den Grundfunktionen können beliebig komplexe Regelverstärker aufgebaut werden, die optimal auf das jeweilige Problem zugeschnitten sind. In der folgenden Übersicht sollen nur die wichtigsten Grundfunktionen besprochen werden.

Proportionalregler (P-Regler)

Die Stellgröße y ist proportional zur Differenz x_d aus Ist- und Sollwert.

y = K_p * x_d

Dieser Regelkreis ist stabil, ergibt aber eine bleibende Regelabweichung vom Sollwert. Der Proportionalitätsfaktor K_p wird 'Beiwert' des Reglers genannt und entspricht dem Verstärkungsfaktor des Reglers. Die bei jedem Proportionalregler vorhandene, bleibende Regelabweichung ist um so kleiner, je größer der Beiwert gewählt wird. In der Praxis kann man aber den Beiwert nicht beliebig groß wählen, da bei hohen Verstärkungen die eingesetzten Operationsverstärker eine Phasenverschiebung einführen, die zu Schwingungen Anlass geben.

Bei diesem Reglertyp ist die Stellgröße y zum Zeitintegral der Regeldifferenz proportional.

y = K_ix_ddt

Der I-Regler ist ein instabiler Regler, es tritt aber keine bleibende Regelabweichung auf.

Die Stellgröße y ist proportional zur ersten Ableitung der Regeldifferenz nach der Zeit.

y = K_d * d(x_d) / dt

Einen reinen D-Regler kann es nicht geben, da dieser auf eine beliebig große konstante Regelabweichung nicht ansprechen und damit auch nicht ausregeln würde.

Neben den oben besprochenen Grundtypen unterscheidet man noch verschiedene Arten von Verzögerungsgliedern und Totzeitgliedern. Um ein optimales Regelverhalten des Reglers zu erreichen, kann man nun einen P-Regler mit anderen Grundtypen kombinieren. So erhält man z. B. durch Parallelschaltung eines P-, I- und D-Reglers einen PID-Regler.