Reglerwahl, Streckenidentifikation, Reglereinstellung

Prinzipiell ist nicht jeder Regler mit jeder Regelstrecke verträglich. Bei der Reglerwahl müssen diejenigen Fälle von vornherein ausgeschlossen werden, die zur Strukturinstabilität neigen. Ein typisches Beispiel hierfür ist die Unverträglichkeit zwischen einem I-Regler und einer I-Strecke. Am unproblematischsten ist die Verwendung eines PI-Reglers, da dieser aufgrund des P-Anteils schnell anspricht und die Regelabweichung mit Hilfe des I-Anteils ohne Stabilitätsverlust zum Verschwinden gebracht werden kann. Bei Verwendung eines PID-Reglers kann das Regelergebnis noch verbessert werden. Dies wird jedoch nur erreicht, wenn die Verstärkung des P-Anteils und die Zeitkonstanten des I- und D-Anteils richtig aufeinander abgestimmt sind (s.Gegenbeispiel → Abs.3.2.3). Der klassische PID-Regler ist universell genug, um die überwiegende Anzahl der in der Praxis anstehenden Regelprobleme zufriedenstellend lösen zu können. In den meisten Anwendungsfällen (Strecke mit entsprechend hoher Verzögerung und/oder Totzeit) werden wir es mit einem parameterstabilen System zu tun haben. Liegt die stabile Auslegung eines solchen Regelkreises zu nahe an der Stabilitätsgrenze (Stabilitätskarte), ist beim Einregeln nach einer aufgetretenen Störung eine nur schwach gedämpfte Schwingung zu erwarten (Bild 141). Die bereits durch die Stabilitätsgrenze eingeschränkte Einstellmöglichkeit der Regler-Parameter muß noch weiter eingeschränkt werden, um ein übermäßiges Überschwingen bezüglich des sich asymptotisch einstellenden stationären Werts der Regelgröße und eine zu lange Einschwingzeit vermeiden zu können. In jedem Fall sind die Einstellwerte des Reglers so zu wählen, daß ein Abstand zur Stabilitätsgrenze gewahrt ist, der sich etwa durch die Amplitudenreserve nach (4.42) mit A_R>1 beschreiben läßt. Allgemeingültige Aussagen zu einem “optimalen” Regelverhalten gibt es nicht, da eine Abhängigkeit nicht nur vom Regelkreis selbst, sondern auch von der jeweiligen Regelaufgabe besteht. Die Reglereinstellung wird somit letztlich von Nebenbedingungen bestimmt. Es kommt ganz darauf an, ob einem möglichst geringen Überschwingen, einer möglichst kurzen Einregelzeit oder gar einem aperiodischen Regelverhalten Priorität eingeräumt wird. Diese Nebenbedingungen sind nicht gleichzeitig erfüllbar. Hier muß jeweils im Hinblick auf die konkrete Regelaufgabe ein Kompromiß gefunden werden.