Der PID-Regler: Steller, Regler, Regelkreis
Hallo PID-Regler Interessierte!
Hier die Fortsetzung von
http://fpv-community.de/showthread.php?6912-Rabbit-Flight-Controller&p=146496&viewfull=1#post146496
Ein Steller (auch Stellglied genannt) dient dazu, die Ausgangsgröße eines technischen Systems zu beeinflussen. Manchmal hört man in der Umgangssprache auch, dass die Ausgangsgröße damit geregelt wird. Technisch gesehen ist das aber unkorrekt. Das Gaspedal im Auto z. B. dient dazu, die Geschwindigkeit (besser Leistung des Motors) einzustellen. Das Gaspedal bewegt einen Steller am Motor und der kann nicht regeln. Ein Steller hat eine Eingangsgröße (im Beispiel die beabsichtigte Motorleistung) und eine Ausgangsgröße (die Geschwindigkeit unter den gegebenen Einflussfaktoren wie Fahrzeugform, Luftwiderstand, etc.).
Würde man z. B. das Gaspedal bei einer bestimmten Geschwindigkeit festklemmen, dann würde das Auto mit konstanter Geschwindigkeit fahren, jedoch die Geschwindigkeit nur so lange konstant halten, bis der nächste Berg kommt. Wer auch am Berg eine konstante Geschwindigkeit möchte, der benötigt einen Regler. Das kann ein elektronischer Regler sein (Tempomat) oder der Fahrer selbst.
Ein Steller ist deshalb immer da ausreichend, wo es keine Störeinflüsse gibt. Ein Regler dagegen kann Störeinflüssen entgegen wirken.
Der Regler hat, wie der Steller eine Eingangsgröße (Führungsgröße genannt) und eine Ausgangsgröße (Regelgröße genannt) und kann zusätzlich auf Störgrößen reagieren.
Dazu bedient sich der Regler einer Rückführung und vergleicht den Sollwert (Führungsgröße) mit dem Istwert (Regelgröße). Wenn diese Werte nicht gleich sind, dann greift der Regler ein und verändert die Ausgangsgröße auch dann, wenn die Führungsgröße gleich geblieben ist. Die Regelgröße wird somit beeinflußt von der Führungsgröße und/oder der Störgröße.
Nur der Vollständigkeit halber, soll angemerkt werden, dass das Verhalten des Reglers bei Änderung der Führungsgröße (Führungsverhalten) allgemein etwas anders ist, als das Störungsverhalten, obwohl letztlich beides zu einer Änderung der Regelgröße führt. So gibt es Regler mit Führungsoptimierung und andere mit Störungsoptimierung.
Da beim Hasen die Führungsgröße relativ langsam und durch den Bediener intuitiv an der Fernlenkung vorgenommen wird, interessiert hier besonders das Störungsverhalten.
Als Regeleinheit bezeichnet man die Kombination aus einem Regler und einem Steller. Der Regler steuert den Steller an und regelt damit ein technisches System (beim Auto den Motor). Jedes technische System hat sein eigenes, ganz spezifisches Verhalten. So ist das spezifische Verhalten eines voll beladenen LKW ganz anders, als das eines Sportwagens, obwohl beide einen Motor haben und über das Gaspedal gesteuert werden.
Die Regeleinheit (also Regler und Steller) wird zusammen mit dem spezifischen Verhalten des technischen Systems und der Rückführung als Regelkreis bezeichnet, welches im Bild dargestellt ist.
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Im Beispiel des Geschwindigkeitsreglers im Auto entspricht die Führungsgröße (im Eingang der Regelstrecke) der Geschwindigkeit, mit welcher das Auto fahren soll (Sollwert).
Die Regelgröße (im Ausgang der Regelstrecke) entspricht der Geschwindigkeit mit der das Auto wirklich fährt (Istwert).
Die Regelabweichung wird durch den Differenzbildung von Führungsgröße und Regelgröße ermittelt und teilt dem Regler mit, ob etwas zu regeln ist, in welche Richtung zu regeln ist und mit welcher Stärke.
Beispiel:
Das Auto soll 80 Km/h fahren. Es geht bergauf und der Tacho zeigt nur 70 Km/h. Die Regelabweichung ist also 80 – 70 = 10. Der Regler weiß also, dass die Regelabweichung positiv ist, was Gas geben bedeutet (negativ wäre Gas reduzieren). Der Regler kennt außerdem die Größe der Regelabweichung, also 10 Km/h. Entsprechend der eingestellten Verstärkung der Regelabweichung wird der Regler nun die Stellgröße bestimmen und über den Steller (hier das Gaspedal) eine Korrektur einleiten.
Es sollte einleuchten, dass die Verstärkung der Regelabweichung und damit die Wirkung auf den Steller bei einem LKW viel höher sein muß, als beim Sportwagen. Der LKW benötigt für 10 Km/h mehr schon recht viel Gas über längere Zeit, der Sportwagen würde dagegen mit den selben Einstellungen vermutlich einen Auffahrunfall verursachen.
Man sieht daran, dass man die Reglereinstellungen des Hasen von Copter A, nicht immer direkt auf Copter B übertragen kann.
Es gibt reine P-Regler und reine I-Regler (und auch noch andere, die der Hase aber nicht hat). Einen D-Regler gibt es nicht. Man kann lediglich einem P- oder I-Regler eine andere Charakteristik geben. Das ist dann die D-Komponente welche Einfluß auf die sogenannte Vorstellzeit hat. Was das genau ist und wie sich das auswirkt, werde ich später erläutern.
Ein PID Regler ist deshalb eine Kombination aus einem P-Regler und einem I-Regler, die beide zusätzlich eine D-Charakteristik bekommen können.
Damit möchte ich diesen Beitrag vorerst schließen. Als nächstes werde ich den P-Regler beschreiben.
Gruß Nitram