PID-Regler visuell abstimmen

Ein PID-Regler (Proportional-Integral-Differential) berechnet die Regelabweichung zwischen Sollwert und gemessenem Istwert und wendet eine Korrektur auf Basis von drei Anteilen an: P reagiert auf die aktuelle Abweichung, I beseitigt die bleibende Regelabweichung im Laufe der Zeit und D dämpft schnelle Änderungen.

Kp (Proportionalverstärkung) bestimmt die Stärke der sofortigen Reaktion. Ki (Integralverstärkung) bringt den Fehler mit der Zeit auf Null, kann aber Überschwingen verursachen. Kd (Differentialverstärkung) sagt zukünftige Fehler voraus und reduziert Überschwingen, verstärkt aber Rauschen.

Wenn das Stellglied sättigt (maximale Ausgabe erreicht), sollte der Integrator aufhören, Fehler anzusammeln – sonst „wickelt" er sich auf und verursacht starkes Überschwingen, wenn die Sättigung aufgehoben wird. Dieser Simulator begrenzt den Integralanteil, um Windup zu verhindern.

Ziegler–Nichols ist eine klassische heuristische Einstellmethode. Es schätzt die kritische Verstärkung (Ku) und die Schwingungsdauer (Tu) an der Stabilitätsgrenze und berechnet dann Kp, Ki, Kd zurück. Die Ergebnisse sind ein Ausgangspunkt – Feinabstimmung ist normalerweise erforderlich.

Der Simulator verwendet eine Euler-Integration mit festem Schritt dt = 0,01 s über 10 Sekunden, was für die pädagogische Erkundung ausreicht. Für präzises Ingenieurwesen verwenden Sie spezielle Tools wie MATLAB/Simulink.