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Eine Temperaturregelstrecke ist z.B. das Temperaturverhalten eines Rührkessels als Antwort
auf eine Hubänderung am Dampfventil der Heizung. Eine pH-Regelstrecke ist z.B. das
Verhalten des pH-Wertes im selben Rührkessel als Antwort auf das Einschalten einer Dosier-
pumpe, die Natronlauge dosiert. Ein Apparat kann demnach mehrere Regelstrecken mit
unterschiedlichen Eigenschaften aufweisen.
Als erweiterte Regelstrecke bezeichnet man den gesamten Regelkreis mit Ausnahme des
Reglers, d.h. die Regelstrecke, den Aktor mit Stellantrieb, und den Messvorgang mit
Messumformer (Rückführung).
Regler können analog arbeiten (elektronische Schaltung) oder digital ( μ-Prozessor). Ein
Regler besteht aus den 4 Teilen: Vergleicher, Verstärker, Integration, Differenziation
Vergleicher (Additions- bzw. Bildet die Regeldifferenz xd xd( t)
= W ( t)
− x1(
t)
Subtraktionsglied) aus Sollwert minus Istwert x1
Verstärker Bildet P-Anteil der Stellgröße y P ( t)
= K P ⋅ xd(
t)
Integrierendes Zeitverhalten:
Das Integral über die
Regeldifferenz (Fläche unter
der Kurve) multipliziert mit
einer Konstanten KI ist der I-
Anteil
xd
yI >0
yI =0
t
t
y I ( t)
= K I ⋅ ∫ xd(
u)
du
0
Eine anwachsende Fläche
deutet auf länger anhaltende
Abweichungen xd hin
Differenzierendes
Zeitverhalten: Der Anstieg
(Steigung) der xd-Kurve,
multipliziert mit einer
Konstanten KD, liefert den D-
Anteil des Reglers.
xd
xd (t) yD>0
yD=0 t
y D ( t)
= K D ⋅ x&
d(
t)
Ein starker xd-Anstieg deutet
eine beginnende starke
Abweichung an, bevor P-
oder I-Anteil diese melden
Die Rückführung beinhaltet den Messvorgang und die anschließende Signalbearbeitung.
Sensoren brauchen mehr oder weniger Zeit, bis sie den aktuellen Wert melden. Im
Messumformer wird das Sensorsignal weiter verarbeitet, d.h. u.a.
• das Signal verstärkt und so an den Messbereich, z.B. 20 - 60°C, angepasst
• der Nullpunkt fixiert und somit der Messbereichsbeginn, z.B. 20°C, eingestellt
• eine nichtlineare Sensorkennlinie berücksichtigt (Linearisierung der Skala)
• eventuell das Signal geglättet, wobei jedoch eine weitere Zeitverzögerung entsteht
Beispiel einer Linearisierung: Das gemessene
Sensorsignal s führt über die Kennlinie x(s)
zum linearisierten Messwert x
x
x (Messwert) Kennlinie
x(s)
Sensorsignal s
s
6
Beispiel einer Glättung mit gleitendem Mittel:
Ein Fenster bewegt sich durch die Daten. Das
Mittel wird im Fenster berechnet. Die
geglättete Kurve ist flacher und endet früher.
x gleitendes
Fenster
x(t)
t