Regelkreise in mechatronischen Systemen

Ein Regelkreis hält eine Größe trotz Störungen auf ihrem Sollwert. Das Messglied erfasst die Regelgröße $x$, der Regler vergleicht sie mit der Führungsgröße $w$ und bildet aus der Regeldifferenz $e=w-x$ die Stellgröße $y$. Das Stellglied, etwa ein Ventil, Schütz oder Umrichter, greift in die Regelstrecke ein. Störgrößen wie eine geöffnete Ofentür oder eine wechselnde Luftentnahme wirken von außen auf die Strecke.

Der Zweipunktregler schaltet nur ein und aus; die Regelgröße pendelt zwischen den Schaltpunkten, die Schaltdifferenz bestimmt Schwankung und Schalthäufigkeit. Stetige Regler arbeiten feiner: Der P-Regler antwortet sofort mit $y=y_0+K_{\text{P}}\cdot e$, behält bei Laständerung aber eine bleibende Regeldifferenz. Der I-Anteil baut sie ab; je kleiner die Nachstellzeit $T_{\text{n}}$, desto schneller, aber auch schwingfreudiger. Der D-Anteil reagiert auf die Änderungsgeschwindigkeit und dämpft, verstärkt aber Messrauschen.

Wie gut sich eine Strecke regeln lässt, zeigt ihre Sprungantwort. Aus der Wendetangente liest man Verzugszeit $T_{\text{u}}$ und Ausgleichszeit $T_{\text{g}}$ ab; je größer $T_{\text{g}}/T_{\text{u}}$, desto leichter. Totzeiten durch Transportwege machen Regelkreise träge. Bei der Inbetriebnahme prüft man Führungsverhalten mit einem Sollwertsprung und Störverhalten mit einer Laständerung und bewertet Anregelzeit, Ausregelzeit und Überschwingweite.