Ein PID-Regler ist der gebräuchlichste Regelkreis in der Technik. Er kombiniert drei Anteile: Proportional-, Integral- und Differenzialanteil. Jeder Anteil kompensiert die Abweichung zwischen Sollwert und Messwert. Die Summe der drei Anteile steuert den Aktor.

Der Proportionalanteil korrigiert den aktuellen Fehler. Der Integralanteil korrigiert den akkumulierten Fehler der Vergangenheit. Der Differenzialanteil korrigiert den prognostizierten zukünftigen Fehler. Zusammen sorgen sie für ein schnelles Ansprechverhalten, einen stationären Fehler von null und Dämpfung. Der Regler ist einfach zu implementieren und eignet sich für eine Vielzahl von Systemen. Daher findet er Anwendung in Thermostaten, Drohnen, Geschwindigkeitsregelanlagen und industriellen Prozessen.

PID-Einstellparameter

• Kp: Proportionalverstärkung, reagiert auf den aktuellen Fehler.
• Ki: Integralverstärkung, eliminiert den stationären Fehler.
• Kd: Ableitungsverstärkung, reduziert das Überschwingen.
• Abtastzeit: wie oft die Schleife durchlaufen wird.
• Anti-Windup: verhindert, dass der Integralterm zu groß wird.

Die Feinabstimmung ist der schwierigste Teil. Die Ziegler-Nichols-Regeln liefern einen Ausgangspunkt. Manuelle Feinabstimmung verfeinert ihn. Ist Kp zu hoch, schwingt das System. Ist Ki zu hoch, überschwingt es. Ist Kd zu hoch, verstärkt es das Rauschen. Ziel ist ein System, das den Sollwert schnell und mit minimalem Überschwingen erreicht und konstant hält. Manche Systeme optimieren sich automatisch durch Anlegen eines Sprungsignals und Messung der Reaktion. Andere nutzen modellbasierte Optimierung. Ein gut eingestellter PID-Regler arbeitet unauffällig. Das System funktioniert einfach. Ein schlecht eingestellter Regler schwingt, überschwingt oder reagiert träge. Der PID-Regler ist nicht immer der beste, aber fast immer der erste, der ausprobiert wird.