Überschwingen ist ein häufiges Problem bei Steuerungssystemen, bei denen die Leistung den gewünschten Sollwert während des transienten Ansprechens übersteigt. Die Reduzierung des Überschwingens verbessert die Systemstabilität und -leistung. Zur Minimierung des Überschwingens können verschiedene Konstruktionstechniken verwendet werden, die häufig Anpassungen von Reglerparametern oder Systemdynamik erfordern.

Proportional-Derivative (PD)-Kontrolle

Die PD-Regelung fügt dem Proportionalregler einen abgeleiteten Term hinzu, der dazu beiträgt, Schwingungen zu dämpfen und Überschwingen zu reduzieren.

Bei einem System mit Übertragungsfunktion G(s) = 1 / (s^2 + 2ζω ns + ω n^2) kann die Auswahl geeigneter PD-Verstärkungen den Überschuss erheblich verringern.

Blei-Ausgleich

Bleikompensatoren verbessern das transiente Ansprechen durch Hinzufügen von Phasenvorhalt, was die Systemdämpfung erhöht. Diese Technik reduziert effektiv die Überschwinger- und Einschwingzeit.

G c(s) = (τs + 1) / (ατs + 1), wobei α < 1.

Zahlenbeispiel: Die Verwendung eines Bleikompensators mit τ = 0,1 und α = 0,5 kann das Überschwingen in einem gegebenen System von 20% auf unter 10% verringern.

Feedback Gain Adjustment

Die Anpassung des Rückkopplungsgewinns in einem Proportionalregelsystem beeinflusst den Überschwinger, geringere Verstärkungen neigen dazu, den Überschwinger zu reduzieren, können jedoch das Ansprechen verlangsamen.

Zahlenbeispiel: Die Reduzierung des proportionalen Gewinns von 10 auf 5 in einem System verringerte den Überschuss von 15% auf 7%, mit einer leichten Erhöhung der Anstiegszeit.

Schlussfolgerung

Durch die Implementierung von Techniken wie PD-Kontrolle, Bleikompensation und Verstärkungsanpassung kann das Überschwingen in Steuerungssystemen effektiv reduziert werden.