Die Regeleinrichtung umfasst die zur Beeinflussung der Regelstrecke erforderlichen Geräte für Messwerterfassung, Vergleich mit der Führungsgröße (Sollwert), dynamische Korrektur des Regelsignals und Bildung der Stellgröße. Bei stetigen Reglern kann die Stellgröße jeden Wert innerhalb des Stellbereiches annehmen.

Regler ohne Hilfsenergie

Bei Reglern ohne Hilfsenergie beeinflußt die Regelabweichung direkt die Stellgröße. Diese Regler können als z. B. Druckregler (Druckminderer) und Niveauregler (Schwimmerregler) eingesetzt werden.

Druckregler (Druckminderer)

Feder und Membran bilden das Meßglied, welches unmittelbar mit dem Stellglied (Ventilstange und Kegel) verbunden ist.

Der Minderdruck ergibt sich aus dem Quotienten Federspannung/Membranfläche.

Mit wachsendem Minderdruck schließt, mit fallendem Minderdruck öffnet der Kegel.

Druckregler (Druckminderer) gewichtsbelastet

Bei dieser Einrichtung wird das Meßglied aus Kolben (K) und dem auf den Kolben wirkenden Gewichtsanteil (GK) gebildet. Auch hier ist das Stellglied (Ventilstange und Kegel) starr über Hebel mit dem Meßglied verbunden. Der Minderdruck ergibt sich aus dem Quotienten Gewicht GK/Kolbenfläche K.

Im Gegensatz zum federbelasteten Druckminderer besteht zwischen dem Minderdruck pm und der Stellung des Ventilkegels kein starrer Zusammenhang. Der Kolben und damit der Kegel verschieben sich so lange, bis das Produkt pm - Kolbenfläche gleich dem Gewicht GK ist.

Niveauregler (Schwimmerregler)

Das Niveau wird von einem Schwimmer erfasst der über das Gestänge die Kegelstellung bestimmt.

An diesem Beispiel läßt sich gut erkennen, daß das Niveau zwangsläufig von seiner alten Höhe abweichen muss, wenn z. B. der Ablauf verändert wird. Verringert sich der Ablauf, steigt das Niveau so lange, bis der Kegel, angetrieben durch den Schwimmer, den Sitz so weit geschlossen hat, daß der Zulauf dem Ablauf entspricht. Kegel und Niveau behalten dann die zuletzt erreichte Stellung.

Das Beispiel zeigt, daß das Niveau von dem dargestellten Regler bei Durchflußänderungen nicht auf eine konstante Höhe geregelt Werden kann, sondern in gewisser Größe abweichen muss (vom Sollwert), um den Zulauf dem Ablauf anzupassen.

Die starre Abhängigkeit zwischen Regelgröße und Stellgröße ist das Charakteristische an Proportional-Reglern.

Regelverhalten der Regler

Zur Beherrschung der verschiedenen Regelstrecken sind Regler mit speziellen Eigenarten entwickelt worden. Ebenso wie für die Regelstrecken läßt sich für Regler die Sprungantwort oder der Frequenzgang ermitteln. Hierbei wird entsprechend verfahren, d.h. dem Regler wird sprunghaft eine bestimmte Regelgrößenänderung (xw) vorgegeben und der Verlauf der Stellgröße (y) aufgezeichnet.

An dieser Stelle seien zunächst nur die Bezeichnungen der gebräuchlichsten Regler aufgrund deren einzelner charakteristischer Sprungantworten genannt:

 

Proportional-Regler

Diese Regler zeigen einen starren, proportionalen Zusammenhang zwischen Regelgröße und Stellgröße.

Zur Kennzeichnung der P-Regler ist der Porportionalbereich von Bedeutung. Dieser Bereich gibt an, wieviel die Regelgröße von der Führungsgröße abweichen muss, um die Stellgröße über den gesamten Bereich zu verändern, d. h., beispielsweise ein Regelventil von der Schließ- in die Öffnungsstellung zu bringen. Je kleiner der P-Bereich ist, um so weniger wird bei einer Regelung die Regelgröße von der Führungsgröße abweichen. Es sei hier nur darauf hingewiesen, daß ein zu kleiner P-Bereich schädlich sein kann, weil durch die große Empfindlichkeit des Reglers ein Pendeln der Regelgröße hervorgerufen werden kann.

Integral-Regler

Integral-Regler besitzen keinen starren Zusammenhang zwischen Regelgröße und Stellgröße. Bei I-Reglern ist nicht die Stellung, sondern die Stellgeschwindigkeit (z. B. des Ventilkegels) abhängig von der Regelgrößenabweichung. Die Geschwindigkeit des Kegels hält so lange unvermindert an, wie die gleiche Abweichung von Führungs- und Regelgröße besteht. Wird die Abweichung Null, ist auch die Geschwindigkeit Null und der Kegel behält die zuletzt erreichte Stellung.

Ein Integral-Regler verändert die Stellgröße so lange, bis die Regelabweichung beseitigt ist, er hinterläßt also keine bleibende Abweichung nach Belastungsänderungen wie der P-Regler.

Proportional-Integral-Regler

Kennlinie des PI-Reglers


Der PI-Regler vereinigt die Eigenschaften von P- und I-Regler. Durch den P-Anteil wird sofort ein der Regelabweichung proportionaler korrigierender Eingriff in die Strecke erreicht. Der I-Anteil bewirkt, daß die dem P-Anteil eigene bleibende Abweichung beseitigt wird. Der PI-Regler ist geeignet, die Regelgröße schnell und ohne bleibende Abweichung auf die Führungsgröße zu bringen.

Tn = Nachstellzeit ist die Zeit, die ein I-Regler benötigt, um die gleiche Änderung der Stellgröße zu bewirken, die ein PI-Regler infolge seines P-Anteiles sofort hervorruft.

Proportional-Differential-Regler

Kennlinie des PD-Reglers


Der PD-Regler hat gegenüber dem P-Regler noch ein Differentialglied. Dieses Glied bewirkt eine Stellgrößenänderung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der sich die Regelgröße verändert.

Durch das D-Verhalten greift der Regler schon frühzeitig korrigierend in die Strecke ein, weil er nicht abhängig von einer bereits vorhandenen, sondern abhängig von der Entstehungsgeschwindigkeit der Regelabweichung regelt.

Tv = Vorhaltzeit ist die Zeit, die ein P-Regler bei konstanter Änderungsgeschwindigkeit der Regelgröße (Rampenfunktion) benötigt, um die gleiche Änderung der Stellgröße zu bewirken, die ein PD-Regler infolge seines D-Anteiles sofort bewirkt.

Proportional-Integral-Differential-Regler