PID-Regler – kurz & verständlich erklärt

lilli

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Hallo zusammen,

ich suche Schulungsunterlagen zu PID-Reglern – egal ob PDF, YouTube-Video, PowerPoint oder anderes Format. Wichtig ist mir eine möglichst einfache und kompakte Erklärung, idealerweise im Stil von „Knall Genial“ oder der „Sendung mit der Maus“.

Auf YouTube gibt es vieles, aber oft mit zu viel Gerede, während das Wesentliche auf der Strecke bleibt. Ich brauche etwas, das auch ein begriffsstutziger Lehrling sofort versteht. Hat jemand eine gute Empfehlung?

Danke vorab!

Liebe Grüße
Lilli
 
ChatGPT sagt:
Klar! Ein PID-Regler ist ein wichtiger Bestandteil der Regeltechnik, der häufig verwendet wird, um einen bestimmten Wert (zum Beispiel Temperatur, Geschwindigkeit oder Position) auf einem gewünschten Sollwert zu halten. Der PID-Regler berechnet dabei, wie viel Eingriff notwendig ist, um den Ist-Wert des Systems schnell und genau an den Soll-Wert anzupassen.


PID steht für:


  • P (Proportional): Der proportionale Anteil reagiert direkt auf den Fehler, also die Differenz zwischen Soll- und Ist-Wert. Je größer der Fehler, desto stärker ist der Eingriff. Zum Beispiel: Wenn die Temperatur zu niedrig ist, wird der Regler mehr Energie zuführen, um sie zu erhöhen.
  • I (Integral): Der integrale Anteil berücksichtigt die Summe aller vergangenen Fehler. Wenn der Fehler über längere Zeit nicht ganz null wird, wirkt der Integrator, um diesen „Langzeitfehler“ zu korrigieren. Dies hilft, kleine, aber hartnäckige Abweichungen zu eliminieren, die der proportionale Anteil allein nicht beheben kann.
  • D (Derivative): Der derivative Anteil reagiert auf die Geschwindigkeit, mit der sich der Fehler verändert. Wenn der Fehler schnell wächst, greift der Regler ein, um eine Überschreitung des Soll-Werts (z.B. eine Überhitzung oder eine Überschreitung der Geschwindigkeit) zu verhindern. Der Derivative wirkt also bremsend, bevor der Fehler zu groß wird.

Zusammengefasst:


  • Der P-Anteil hilft dabei, schnell zu reagieren.
  • Der I-Anteil sorgt dafür, dass auch kleine Fehler über die Zeit korrigiert werden.
  • Der D-Anteil bremst schnelle Änderungen und hilft, Überschwinger zu vermeiden.

Ein PID-Regler kombiniert all diese drei Teile, um das System stabil und genau auf den Soll-Wert zu steuern. Man kann die einzelnen Anteile anpassen, um das Verhalten des Reglers zu optimieren.
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Quelle

Zu Bildern + Animationen:
Aktuell kann ich dir leider keine Animationen direkt zeigen, aber ich kann dir erklären, wie du einfache Animationen für den PID-Regler selbst erstellen kannst. Es gibt ein paar Online-Tools, die dir helfen könnten, eine visuelle Vorstellung vom Verhalten eines PID-Reglers zu bekommen. Falls du an einer interaktiven oder animierten Darstellung interessiert bist, könntest du beispielsweise die Software „MATLAB“ oder eine Programmiersprache wie Python mit der Bibliothek „matplotlib“ verwenden, um PID-Animationen zu erstellen.


Wenn du möchtest, kann ich dir einen Python-Code schreiben, der eine einfache PID-Regelung visualisiert. Möchtest du das ausprobieren?
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DeltaMikeAir schrieb:
ChatGPT sagt:
Wenn du möchtest, kann ich dir einen Python-Code schreiben, der eine einfache PID-Regelung visualisiert. Möchtest du das ausprobieren?
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Das ist ja gut gemeint, aber glaubst du wirklich, dass sich der „begriffsstutzige Lehrling“, der gerade mit den Grundlagen anfängt, sich brauchbar mit Python-Code behelfen kann?
 
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lilli schrieb:
Das ist ja gut gemeint, aber glaubst du wirklich, dass sich der „begriffsstutzige Lehrling“, der gerade mit den Grundlagen anfängt, sich brauchbar mit Python-Code behelfen kann?
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Kann ich dir nicht sagen. Wir haben in der Berufsschulzeit unser Schulbuch aufgeschlagen und alles nachgelesen. Dort stand alles in Schrift + Beispielbilder. Wie macht man das heute? Alles vorkauen?
 
Ich fand dieses Youtube-Video
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eigentlich ganz gut.
Null Gelabere (wirklich Null), keine Mathe, keine Diagramme, aber man sieht was P,I und D bewirken.
 
Wichtig bei digitalen PID ist auch die Abtastzeit, weil dadurch insbesindere der differentielle Anteil beeinflusst wird.
Hat man eine Totzeit der Regelstrecke (typ. Heizungsmischer) überschwingt der Regler fast zwangsläufig, wenn die Abtastzeit zu kurz ist.
 
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Das wäre die Kür, wenn dieses Modell zusätzlich eine Totzeit in der Regelstrecke berücksichtigen würde.
Aktuell vermittelt es den Eindruck, dass man in nur zwei Minuten eine nahezu perfekte Einstellung finden kann.
Mit Totzeiten hingegen sind oft erhebliche Kompromisse nötig.
 
lilli schrieb:
wäre die Kür,
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Unwarscheinlich. Eher essentiell.
Wählt man die Abtastzeit falsch, spielt man sich an P, I und D kaputt.

Daher ist bei vorkonfigurierten Reglern die erste Frage, ob man nen schnellen (z.B. Druck) oder langsamen (z.B. Temperatur) Regler parametrieren möchte.
Feintunig bzgl. Totzeit ist dann eher der D Anteil.
 
lilli schrieb:
Wichtig ist mir eine möglichst einfache und kompakte Erklärung,
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Vielleicht ist eine Erklärung an Hand des Tempomat beim Auto oder einer Heizungsregelung im Zimmer am einfachsten?
Bist Du der Lehrling oder der Berufsschullehrer?

D-Anteil würd ich für den Lehrling auch erstmal weglassen.
Vielleicht erstmal mit nem P-Regler anfangen...

Stellausgang = Regelabweichung * P-Anteil

Hoher P-Anteil (20): bei 5km/h Regelabweichung gebe ich gleich 100% Gas.
Niedriger P-Anteil (4): bei 5km/h Regelabweichung gebe ich 20% Gas...
 
Zuletzt bearbeitet:
Ansonsten machen unsere Jungs immer iterative Regler-Einstellung.
Erst mal den Prozess soweit einschränken, damit nix in die Hose geht.
Dann D- und I- Anteil ausschalten, dann kriegt man schon mal ein Gefühl wie groß der P sein sollte.
Und dann über I optimieren.

Nur wenn es eine lange Strecke ist, z.b. Temperaturregelung, dann macht D wirklich Sinn.

Mit dem Kochrezept bin ich 15 Jahre ganz gut geschwommen.

Wenn es hart auf Hart kommt, dann kann man mit Ziegler-Nicols punkten. Das habe ich bisher nur einmal gebrauchen können und das war im Vergleich zu Try&Error sehr aufwendig. Aber ging nicht anders. Sprungantwort aufzeichnen und Faktoren ausrechnen. Am Ende war ich nur Faktor 10 neben der Endlösung - vermutlich weil ich den Regler im OB35 aufgerufen habe mit Zeitbasis 100ms, während die Rechnung in Sekunden ging.

Kollege meinte neulich, dass TIA inzwischen ein Auto-Tune an Bord hat. Habe ich aber nie ausprobiert, viel zu lustig wenn man es selber hinkriegt :D
 
lilli schrieb:
Mein Anliegen ist eine einfache Erklärung für den „begriffsstutzigen Lehrling“.
Da lassen wir digitale Regler, Abtastzeiten, Nichtlineare Systeme und ähnliches vorerst beiseite.
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Erklärung meines Pneumatik-Professors an der Uni:

Stellen sie sich vor sie sitzen am Steuer eines Autos und machen das linke Fenster auf. Dann schauen sie aus dem Fenster und runter zur Mittellinie der Fahrbahn

P: je weiter sie von der Mittellinie weg sind umso stärker lenken sie dagegen

I: man lenkt sukzessiver immer stärker zur Mittellinie bis man sie nicht mehr sieht. Dann beginnt man das Lenkrad in die Gegenrichtung zu bewegen.

D verwendet man dann wenn I nicht funktioniert
 
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