Der PID-Regler (Proportional-Integral-Differential-Regler) zählt zu den am weitesten verbreiteten und universellsten Reglertypen der Automatisierungs- und Regelungstechnik. Er vereint die Eigenschaften der drei klassischen Regleranteile – des P-Reglers, des I-Reglers und des D-Reglers – in einer einzigen Regeleinheit und kann sowohl in Reihenstruktur als auch in Parallelstruktur aufgebaut werden. In einem sogenannten PID-Regler-Kanal wird diese Reglerfunktion als eigenständiger, konfigurierbarer Kanal innerhalb eines Mess- oder Automatisierungssystems abgebildet, der eine Regelgröße fortlaufend mit einem vorgegebenen Sollwert vergleicht und daraus ein Stellsignal berechnet.
Die drei Regelanteile im Überblick
- P-Anteil (Proportional): reagiert unmittelbar proportional zur aktuellen Regelabweichung und sorgt für eine schnelle Grundreaktion des Reglers, lässt aber in der Regel eine bleibende Regelabweichung zurück.
- I-Anteil (Integral): summiert die Regelabweichung über die Zeit auf und baut so eine anhaltende, stationäre Regelabweichung vollständig ab – allerdings auf Kosten der Reaktionsgeschwindigkeit.
- D-Anteil (Differential): reagiert auf die Änderungsgeschwindigkeit der Regelabweichung und wirkt damit vorausschauend, wodurch Überschwingen reduziert und das Regelverhalten stabilisiert wird.
Vorteile des PID-Reglers
Der Hauptvorteil eines PID-Reglers gegenüber anderen Reglertypen liegt in seiner hohen Anpassungsfähigkeit an unterschiedlichste Regelstrecken. Bei konstantem Sollwert verhindert er eine bleibende Regelabweichung sowohl bei einem Führungsgrößensprung (Änderung des Sollwerts) als auch bei einem Störgrößensprung (äußere Störeinflüsse). Zudem kompensiert der PID-Regler Verzögerungen innerhalb der Regelstrecke und vereinfacht dadurch deren Handhabung erheblich, da sich mit einem einzigen, gut parametrierten Reglertyp eine Vielzahl unterschiedlicher Regelaufgaben lösen lässt.
Grenzen des PID-Reglers
Der für die Stabilität wichtige I-Anteil, der eine stationäre Regelabweichung vermeidet, wirkt sich gleichzeitig nachteilig auf die Reaktionsgeschwindigkeit des Reglers aus, da die aufintegrierte Abweichung erst wieder abgebaut werden muss. Darüber hinaus stößt der PID-Regler bei Regelstrecken mit einer dominanten Totzeit – also einer deutlichen zeitlichen Verzögerung zwischen Stellgrößenänderung und messbarer Reaktion der Regelgröße – an seine Grenzen und ist für solche Anwendungen in der Regel nicht geeignet. Hier kommen alternative Regelungskonzepte zum Einsatz, die die Totzeit gezielt berücksichtigen.
PID-Regler-Kanäle in der Messtechnik
In modernen Mess- und Prüfsystemen werden PID-Regler häufig nicht als separate Hardwarekomponente, sondern als Softwarekanal direkt in der Messtechnik-Software realisiert. Dabei berechnet das System aus einem gemessenen Istwert und einem vorgegebenen Sollwert kontinuierlich ein Stellsignal, das beispielsweise einen Heizer, ein Ventil oder einen Antrieb ansteuert. Auf diese Weise lassen sich Prüfabläufe automatisieren, ohne dass eine zusätzliche, separate Regelungshardware erforderlich ist – die eigentliche Messwerterfassung und die Regelung laufen in einem gemeinsamen System zusammen.
PID-Regler bei Delphin – Praxisbezug
In der Messtechnik-Software ProfiSignal und in Geräten wie dem Universalprüfgerät von Delphin Technology stehen PID-Regler-Kanäle als Softwarekanäle zur Verfügung. Damit lassen sich beispielsweise mehrere Regelkreise gleichzeitig realisieren, Regelparameter in Echtzeit anpassen und Sollwertkurven für interne oder externe Anwendungen erzeugen. Ein typisches Praxisbeispiel ist die Temperaturstabilisierung per PID-Regler im Rahmen mobiler Messaufgaben oder von Prüfstandsanwendungen: Der PID-Regler-Kanal gleicht dabei automatisch Abweichungen vom Sollwert aus und reduziert so den manuellen Arbeitsaufwand erheblich, während gleichzeitig die zugehörigen Messdaten lückenlos erfasst und dokumentiert werden.