Praxistipps: Wie versteht man die Einstellung der PID-Parameter?

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PID sind die drei grundlegenden Regelungsprinzipien von Reglern, nämlich proportionaler Regelung (P), integrierter Regelung (I) und differenzierter Regelung (D). Die PID-Parameter bezeichnen das Proportionalitätsmaß (δ), die Integrationszeit (Ti) sowie die Differenzierungszeit (Td). Sie geben jeweils an, wie stark die proportionalen, integrierenden und differenzierenden Steuerungseffekte wirken. Die Einstellung der PID-Parameter bedeutet also die Anpassung dieser drei Werte. Dieser Artikel wurde erstmals auf der WeChat-Plattform „Zikong Xuetang“ veröffentlicht, um sicherzustellen, dass der Steuerkreis eine optimale Steuerleistung erbringt – beispielsweise durch einen Amplitudenabfall von 4:1 während des Übergangsvorgangs. Die Einstellung der PID-Parameter lässt sich einfach so beschreiben: Die proportionaler Regelung funktioniert wie ein Verstärker – er vergrößert die Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem gewünschten Wert. Inwieweit dieser Wert vergrößert wird, hängt von der Einstellung des Proportionalfaktors ab. Je höher der Proportionalfaktor ist, desto geringer ist das Vergrößerungsfaktor. Die Integralregelung wird auch als Rekalibrierungsregler bezeichnet. Solange eine Abweichung besteht, hört die kumulative Wirkung nicht auf – bis die Abweichung beseitigt ist. Die Geschwindigkeit, mit der die Abweichung beseitigt wird, hängt von der Länge der Integrationszeit ab: Je länger die Integrationszeit, desto langsamer wird die Abweichung beseitigt. Die Änderung der Ausgangsspannung bei der differenziellen Regelung ist proportional zur Geschwindigkeit der Änderung der Eingangsspannungsabweichung. Je schneller sich die Abweichung zwischen Messwert und Sollwert ändert, desto stärker ist die differenzielle Wirkung. Auch ein längerer Differenzierungszeitraum führt zu einer stärkeren differenziellen Wirkung. In der Steuerung des Produktionsprozesses werden die Integral- und Differentialwirkung in der Regel nicht einzeln verwendet, sondern zusammen mit der Proportionalwirkung. Der Vorteil der proportionalen Steuerung ist eine schnelle Reaktion sowie eine rechtzeitige Steuerung. Allerdings gibt es einen Überschusswert. Um diesen Überschusswert zu beseitigen, muss zusätzlich eine integrierte Steuerung eingesetzt werden. Das Merkmal der differenziellen Regelung ist ihre Fähigkeit zur Vorwegregelung – dadurch können Systemoszillationen unterdrückt und die Stabilität erhöht werden. Sie wird in der Regel in Fällen eingesetzt, in denen die Reaktionszeit des Systems lang ist, wie beispielsweise bei der Temperaturregelung oder bei der Kontrolle des Füllstands in großen Tanks. Wenn zusätzlich die differenzielle Komponente berücksichtigt wird, entstehen drei zusammenwirkende Regelmechanismen: Proportional-, Integral- und Differenzialregelung – also die PID-Regelung. Zusammenfassung: Proportionalität (δ): Je größer die Proportionalität, desto schwächer ist die proportionalische Wirkung; je kleiner die Proportionalität, desto stärker ist sie. Integrierungszeit (Ti): Je länger die Integrierungszeit ist, desto schwächer ist die Integrationswirkung; je kürzer die Integrierungszeit ist, desto stärker ist die Integrationswirkung. Differenzierungszeit (Td): Je länger die Differenzierungszeit ist, desto stärker ist die differenzierende Wirkung; je kürzer die Differenzierungszeit ist, desto schwächer ist diese Wirkung.