PID-Regler

Was ist ein PID-Regler?

Der so genannte "PID-Regler" begegnen einem sehr oft in der Steuerungstechnik. Wer es ganz genau wissen möchte was sich (mathematisch) dahinter verbirgt, dem sei der Wikipedia-Artikel zum Thema PID-Regler empfohlen. Daher hier mal die gänzlich unwissenschaftliche Beschreibung:

PID+Megasquirt=?

In der Megasquirt begegnet einem die PID Regelung ab der MS2. Grundsätzlich finden sich PID Regler in drei Bereichen innerhalb der Einstelloptionen:

EGO-Control: Die Lambdaregelung ab der MS2 bietet einem die Möglichkeit, das Regelverhalten über PID abzustimmen
CL Idle: Auch die Steuerung des Leerlaufventiles (egal ob PWM "Leerlaufzigarre" oder IAC Schrittmotor) erfolgt über eine PID Regelschleife
Closed Loop Boost Control: Neben der reinen Antaktung des Wastegateventiles in Abhängigkeit von Gaspedalstellung (TPS) und Drehzahl (RPM) gibt es auch die Möglichkeit, Ladedruck per PID Regler auf einen "Wunsch-Ladedruck" einregeln zu lassen.

P: Der Proportional-Anteil

Die P-Komponente des PID-Reglers ist so etwas wie die Ur-Form einer Regelung. Sie funktioniert "Proportional":

Falls Ist-Wert kleiner als Sollwert, vergrößere Regelgröße.
Falls Ist-Wert größer als Sollwert, verkleinere Regelgröße.

Wie man sich vorstellen kann, hat dieses System Grenzen:

Ein großer "P"-Wert ermöglicht es der Regelung, bei großen Abweichungen schnell gegen zu regeln. Nachteil: Der Regler neigt zum "Überschwingen", da er mit dieser Einstellung permanent über das Ziel hinauszuschießen droht.
Ein kleiner "P" Wert bietet die Möglichkeit, zielsicher auf den Soll-Wert hinzuregeln. Bei kleinen Regelabweichungen funktioniert dies gut. Bei großen Abweichungen kann es allerdings "ewig" dauern, biss die Störgröße ausgeregelt ist.

Ein reiner "P" Regler würde sich nie exakt auf die Soll-Größe einregeln können. Als "Dämpfung" wirkt hier in die Praxis die Zeitverzögerung zwischen Änderung der Stellgröße (z.B. Leerlaufventil öffnet) und der Reaktion des Ist-Wertes (Drehzahl steigt). Es muss experimentell herausgefunden werden, bis zu welchem "P" Wert die Regelung mit dieser "Dämpfung" stabil läuft, ohne ins Schwingen zu geraten.

I wie "Impuls"

Der I-Anteil des PID-Reglers reagiert auf den Integral-Anteil. Dies bedeutet, dass die Zeitkomponente mit hineinspielt.

Je länger die Regelabweichtung andauert, um so größer wird die Komponente des "I" Anteiles, die versucht gegen zu regeln.

In der Praxis hat sich gezeigt: "I macht den Unterschied".

Der "I"-Faktor entscheidet in der Regel über ein gutes Anprechverhalten der Regelung

D wie "Dämpfung"

Der D Anteil reagiert auf die Geschwindigkeit der Änderung. D.d. je schneller sich die Störgröße ändert (z.B. Drehzahl bricht ein), um so stärker reagiert die "D" Komponente.
In der Praxis zeigt sich, dass "D" eine Dämpfende Wirkung auf die Regelung hat. D.h. ein kleiner Wert für "D" im Bereich von 1-5 reicht oft schon aus.

PID Grundeinstellung

Um für PID eine Grundeinstellung zu finden, hilft vielleicht folgende Anleitung:

I sehr klein einstellen (z.B.1), "D" auf Null stellen.
Vergrößere "P", bis die Regelung anfängt zu schwingen (z.B. Lambda eiert wild hin und her, Leerlauf fängt an zu "sägen")
Stelle "P" auf 50% dieses kritischen Wertes.
Erhöhe "I" so lange, bis die Regelung eine gute Impulsantwort hat. Wenn die Regelung anfängt zu Schwingen, ist "I" zu groß.
Zu guter Letzt füge etwas "P" hinzu, um etwas Dämpfung im System zu bekommen.