Regler sind Bestandteile der Regelungstechnik, die eingesetzt werden, um in einem System einen bestimmten Sollwert zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Dabei ist die Regelabweichung, also die Differenz zwischen Sollwert und Istwert, von großer Bedeutung. Der Istwert zeigt den aktuellen Zustand des Systems an, während der Sollwert den gewünschten Zustand beschreibt.
Der Regelkreis und seine Komponenten
Der Regelkreis bildet die Basis der Regelung. Er setzt sich aus mehreren Elementen zusammen: dem Regler, der Regelstrecke, dem Ausgangssignal und der Rückführung. Die Regelgröße ist die physikalische Größe, die vom Regler beeinflusst wird. Die Stellgröße, vom Regler berechnet, verändert das System, um den Istwert an den Sollwert anzupassen.
Ein weit verbreiteter Regler ist der PID-Regler, bestehend aus proportionalem (P), integralem (I) und differentiellem (D) Anteil. Der proportionale Anteil reagiert auf die momentane Regelabweichung, der integrale Anteil berücksichtigt die Summe vergangener Abweichungen und der differentielle Anteil reagiert auf Änderungen der Abweichung.
Ein einfacherer Regler ist der Zweipunktregler, der nur zwischen zwei Zuständen wie "ein" und "aus" wechselt. Er ist nützlich in Anwendungen, die eine einfache Regelung erfordern.
Funktionsweisen eines Reglers
Die Sprungantwort eines Reglers zeigt, wie das System auf eine plötzliche Sollwertänderung reagiert. Ein idealer Regler ermöglicht eine schnelle und stabile Anpassung des Istwerts an den neuen Sollwert. Die Nachstellzeit ist die Dauer, die ein Regler benötigt, um die Regelabweichung nach einer Sollwertänderung zu minimieren.
Die Übertragungsfunktion ist ein mathematisches Modell, das das Verhalten eines Regelkreises beschreibt. Sie gibt an, wie das Ausgangssignal auf Änderungen des Eingangssignals reagiert. Die Schaltfrequenz, relevant für Zweipunktregler, bezeichnet die Häufigkeit der Zustandswechsel.
Überschwingung tritt auf, wenn das System den Sollwert überschreitet, bevor es sich stabilisiert. Eine gut ausgelegte Regelstrecke minimiert die Überschwingung und sorgt für eine stabile Regelung.
Die Rückführung misst kontinuierlich den Istwert und meldet ihn an den Regler zurück. Dies ermöglicht dem Regler, die Stellgröße so anzupassen, dass die Ausgangsgröße, die geregelte physikalische Größe, dem Sollwert möglichst genau entspricht.
Die wichtigsten Hersteller von Reglern sind: Siemens, ABB, Honeywell, Schneider Electric, Emerson, Yokogawa, Mitsubishi Electric, Rockwell Automation, Danfoss, Omron, Bosch Rexroth, Johnson Controls, GE, Endress+Hauser, WIKA.