25.2 : PD-Controller-Design

Im Automobilbau werden in Federungssystemen von Autos häufig Proportional-Differential-Regler (PD) eingesetzt, um die Leistung zu verbessern. PD-Regler werden eingesetzt, um die Dämpfkraft entsprechend den Straßenbedingungen anzupassen. Ein Regler, der als Verstärker mit konstanter Verstärkung fungiert, weist eine proportionale Steuerung auf, wobei der Ausgang den Eingang direkt widerspiegelt.

Beim Entwurf eines kontinuierlichen Datenreglers müssen Komponenten wie Addierer und Integratoren ausgewählt und verknüpft werden, die für Proportional-, Integral- und Differenzialregler (PID) von grundlegender Bedeutung sind. In einem Rückkopplungssystem veranschaulicht das Blockdiagramm eines PD-Reglers einen Prototypprozess zweiter Ordnung, der durch eine bestimmte Übertragungsfunktion definiert ist. Der Serienregler vom Typ PD integriert Proportional- und Differenzialkonstanten in seine Übertragungsfunktion und verbessert dadurch die Reaktion des Systems.

Es gibt zwei Möglichkeiten, diesen PD-Regler in einem elektronischen Schaltkreis zu erstellen. Bei der ersten Methode werden zwei Operationsverstärker verwendet, es fehlt jedoch die unabhängige Einstellung der Proportional- und Differenzialregler. Diese Methode ist einfacher, bietet jedoch weniger Flexibilität bei der Feinabstimmung der Systemleistung. Bei der zweiten Methode können diese Regler unabhängig voneinander manipuliert werden. Durch Auswahl eines größeren Werts für einen Widerstand im Schaltkreis gleicht diese Konstruktion eine hohe Differenzialregelung aus. Diese Einstellung ermöglicht eine bessere Kontrolle über die Dämpfungskraft.

Die Vorwärtspfad-Übertragungsfunktion ist entscheidend für die Übersetzung von Eingangs- in Ausgangssignale. Das Hinzufügen einer Null durch den PD-Regler wirkt einem Pol entgegen und verbessert dadurch Stabilität und Reaktionsgeschwindigkeit. Diese Ergänzung verbessert effektiv das Einschwingverhalten des Systems, indem sie Überschwingen und Einschwingzeit reduziert. Das Ergebnis ist ein stabileres und reaktionsschnelleres Federungssystem, das sich mit verbesserter Genauigkeit an unterschiedliche Straßenbedingungen anpassen kann.