Regelkreis
Ein einfaches Beispiel für einen Regelkreis ist die Regelung der Raumtemperatur durch eine Heizung. Die Raumtemperatur wird mit einem Sensor gemessen und einem Regler zugeführt. Dieser vergleicht die aktuelle Raumtemperatur mit einem Sollwert und berechnet einen Ausgangswert (Stellwert) für die Ansteuerung der Heizung.
Ein korrekt eingestellter PID-Regler erreicht den Sollwert möglichst schnell und hält ihn dann konstant. Nach einer Änderung des Ausgangswerts ändert sich der Istwert häufig erst zeitlich verzögert. Dieses Verhalten soll durch den Regler ausgeglichen werden.
Stellglieder
Das Stellglied ist Bestandteil des Regelkreises und wird vom Regler beeinflusst. Dadurch wird ein Masse- oder Energiefluss verändert.
Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über den Einsatz der Stellglieder
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Einsatz für |
Stellglied |
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flüssigen und gasförmigen Massefluss |
Ventil, Klappe, Schieber |
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festen Massefluss, z. B. Schüttgüter |
Abzugschieber, Förderband, Vibratorrinne |
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elektrischen Energiefluss |
Schaltkontakt, Schaltschütz, Relais, Thyristor |
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Stellwiderstand, Stelltransformator, Transistor |
Stellglieder werden folgendermaßen unterschieden:
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Proportionale Stellglieder mit stetigem Stellsignal
Proportional zum Ausgangswert werden Öffnungsgrade, Drehwinkel oder Positionen eingenommen. Der Ausgangswert wirkt innerhalb des Stellbereiches in analoger Weise auf den Prozess ein.
Zu den Stellgliedern dieser Gruppe gehören federbelastete pneumatische Antriebe, aber auch motorische Antriebe mit Stellungsrückmeldung, bei denen ein Stellungsregelkreis gebildet wird.
Der Ausgangswert wird von einem kontinuierlichen Regler erzeugt, z. B. PID_Compact.
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Proportionale Stellglieder mit pulsweitenmoduliertem Signal
Bei diesen Stellgliedern wird im Takt der Abtastzeit ein Impuls ausgegeben, dessen Länge proportional zum Ausgangswert ist. Das Stellglied - z. B. ein Heizwiderstand oder ein Kühlaggregat - wird taktsynchron je nach Ausgangswert unterschiedlich lange eingeschaltet.
Das Stellsignal kann entweder unipolar die Zustände "Ein" oder "Aus" annehmen oder bipolar z. B. die Werte "Auf/Zu", "Vorwärts/Rückwärts", "Beschleunigen/Bremsen" usw. repräsentieren.
Der Ausgangswert wird von einem Zweipunktregler erzeugt, z. B. PID_Compact mit Pulsweitenmodulation.
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Integral wirkende Stellglieder mit Dreipunktstellsignal
Häufig werden Stellglieder durch Motoren betätigt, bei denen die Einschaltdauer proportional zum Verstellweg des Drosselorgans ist. Dazu zählen z. B. Ventile, Klappen und Schieber. Trotz unterschiedlichster Bauformen ist diesen Stellgliedern gemeinsam, dass sie der Wirkung eines I-Anteils am Streckeneingang entsprechen.
Der Ausgangswert wird von einem Schrittregler erzeugt, z. B. PID_3Step.