Definition und Funktionsweise:
Ein PID-Regler (Proportional-Integral-Derivative-Regler) ist der am weitesten verbreitete und flexibelste Regelalgorithmus in der Automatisierungstechnik, insbesondere für die kontinuierliche Prozessregelung. Er versucht, eine Regelgröße (Istwert) möglichst präzise einem Sollwert (Führungsgröße) nachzuführen, indem er eine Stellgröße berechnet, die auf die Regelstrecke einwirkt.
Der Name PID leitet sich von den drei Anteilen ab, aus denen die Stellgröße berechnet wird:
- Proportionalanteil (P-Anteil): Reagiert proportional zur aktuellen Regelabweichung (Differenz zwischen Sollwert und Istwert). Je größer die Abweichung, desto stärker die Reaktion.
- Integralanteil (I-Anteil): Eliminiert die bleibende Regelabweichung (Offset). Er summiert die Regelabweichung über die Zeit auf. Solange eine Abweichung besteht, wird der I-Anteil größer, bis die Abweichung Null ist.
- Derivativanteil (D-Anteil): Reagiert auf die Geschwindigkeit der Regelabweichungsänderung. Er dämpft Schwingungen und verbessert das Einschwingverhalten, indem er vorausschauend auf schnelle Änderungen reagiert.
Die einzelnen Anteile werden gewichtet (parametriert mit Kp, Ti, Td), um das optimale Regelverhalten für eine spezifische Regelstrecke zu erzielen.
Relevanz in der Automatisierung:
PID-Regler sind unverzichtbar für eine Vielzahl von Regelaufgaben:
- Temperaturregelung: In Öfen, Klimakammern, Heizsystemen.
- Druckregelung: In Behältern, Rohrleitungen.
- Durchflussregelung: Steuerung von Flüssigkeits- oder Gasströmen.
- Füllstandsregelung: In Tanks oder Silos.
- Drehzahlregelung: Von Motoren (Geschwindigkeitsregler in Frequenzumrichtern).
- Positionierung: In der Lageregelung von Servomotoren.
Vorteile:
- Vielseitigkeit: Für fast alle Standardregelaufgaben geeignet.
- Robustheit: Relativ unempfindlich gegenüber Störungen bei richtiger Parametrierung.
- Einfache Implementierung: Als fertige Funktionsbausteine in jeder SPS verfügbar.
- Automatisches Tuning (Autotuning): Viele Regler können ihre PID-Parameter selbstständig optimieren.
Die Parametrierung eines PID-Reglers erfordert ein Verständnis der Regelstrecke und oft Feintuning, ist aber entscheidend für die Qualität und Effizienz automatisierter Prozesse.
→ Siehe auch: Regelkreis, Regelgüte, Regelstrecke, Führungsgröße, Regelabweichung, Stellgröße, Autotuning, Kaskadenregelung
