Temperaturregler Typen: PID-Regler, Zweipunkt-Regler und Co.

Unabhängig davon, ob ein Temperaturregler analog oder digital ist, gibt es verschiedene Reglertypen. Wir geben Ihnen hier einen kurzen Überblick über die gängigsten Typen, vom simplen Zweipunktregler bis zum universellen PID-Temperaturregler.

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Zweipunkt-Regler und Dreipunkt-Regler

Zweipunktregler kennen nur die Zustände „Ein“ und „Aus“. Nach diesem Prinzip funktionieren z.B. klassische Raumthermostate: „ein“ heißt heizen, „aus“ heißt nicht heizen.

Dreipunktregler haben drei Zustände für die Stellgröße. Ein Beispiel für einen Dreipunktregler ist eine Klimaanlage: sie kennt die Zustände „Heizen“, „Kühlen“ und „Aus“.

Stetige Regler

Die Königsklasse unter den Reglern sind die stetigen Regler. Stetige Regler haben das Ziel, den Sollwert möglichst schnell und ohne große Überschwinger zu erreichen und exakt stabil zu halten. Die Grundtypen der stetigen Regler sind Proportional-regler, Integralregler und Differenzialregler. In dieser Skizze erkennt man gut, was stetige Regler den Zweipunktreglern voraushaben:

Proportionalregler, auch P-Regler

Der Proportionalregler sorgt dafür, dass sich der Istwert möglichst schnell an den Sollwert annähert. Die Reglerausgangsgröße verläuft dabei proportional zur Regeldifferenz – bei großer Differenz ist auch das Ausgangssignal des Reglers hoch, um die Differenz schnell auszugleichen. Ein Nachteil des P-Reglers ist die dauerhafte Regelabweichung, die nur durch die Kombination mit einem weiteren Regelalgorithmus, dem Integralregler, kompensiert werden kann.

Integralregler, auch I-Regler

Der Integralregler – auch als I-Regler bezeichnet – gleicht die dauerhafte Regelabweichung aus, in dem er die Regelabweichung über einen definierten Zeitraum integriert und daraus die Reglerausgangsgröße festlegt. Durch die Integrationsfunktion ist der I-Regler jedoch verhältnismäßig träge.

Proportional-Integral-Regler, auch PI-Regler

Der PI-Regler ist eine Kombination aus Proportional- und Integralregler. Er kann große Regeldifferenzen schnell ausgleichen und den Sollwert ohne dauerhafte Regelabweichung halten. Schwierig wird es für einen solchen PI-Regler dann, wenn sich plötzlich oder gar schlagartig eine Regelabweichung ergibt, denn insbesondere bei geringen Abweichungen ist das Regelverhalten träge.

Differential-Regler, auch D-Regler

Den D-Regler gibt es nur integriert mit einem P- oder I-Regler. In dieser Kombination sorgt der Differenzial-Algorithmus dafür, dass auch kleine Abweichungen vom Sollwert schnell kompensiert werden können. So gleicht er das träge Regelverhalten von P- und I-Regler aus und sorgt für eine gute Reaktionsgeschwindigkeit.

Alle in einem: der PID Temperaturregler

Der PID-Regler kombiniert die Algorithmen des P-, des I- und des D-Reglers, um eine schnelle Reaktion auf große und kleine Regeldifferenzen zu erzielen und eine dauerhafte Regelabweichung zu eliminieren. Die Charakteristiken der einzelnen Anteile P, I und D können über eine geeignete Parametrierung optimal auf die Regelaufgabe, also auf die sogenannte Regelstrecke, abgestimmt werden. Der PID-Temperaturregler ist damit der universellste klassische Regler.

Parametrierung auf die Regelstrecke

Egal, welchen dieser Reglertypen Sie einsetzen: damit der Temperaturregler seine Aufgabe optimal erfüllen kann, müssen die Regelparameter für die jeweilige Regelstrecke abgestimmt werden. Das geschieht entweder über Modelle, die die Regelstrecke abbilden, oder durch Ausprobieren nach dem klassischen „Trial-and-Error“-Verfahren. PID-Temperaturregler verfügen inzwischen aber meist über einen Selbstoptimierungsmodus zur Adaption. Die Parameter für die Regelstrecke werden hier also durch den Regler selbst ermittelt.

Michael Walter ist der Experte der Winkler AG für Fassheizungen, Containerheizer und Temperaturregler

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Michael Walter
Experte für Behälterheizer
und Temperaturregler
Winkler AG

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