25.8 : Phasenvorlauf- und Phasennachlaufregler

Die Funktionsweise verschiedener Reglertypen lässt sich anhand praktischer Analogien verdeutlichen, beispielsweise mit der Einstellung des Lautstärke-Equalizers einer Stereoanlage. Zum Aufdrehen der Bässe wird ein Phasenvorlaufregler verwendet, der als Hochpassfilter fungiert, während zum Erhöhen der Höhen ein Phasennachlaufregler verwendet wird, der als Tiefpassfilter fungiert. PD-Regler verbessern ähnlich wie Hochpassfilter die Reaktion des Systems auf Hochfrequenzkomponenten. PI-Regler verwalten ähnlich wie Tiefpassfilter Niederfrequenzkomponenten, um stationäre Fehler zu reduzieren. PID-Regler können entweder als Bandpass- oder Banddämpfungsfilter fungieren und sowohl Hoch- als auch Niederfrequenzanpassungen ausgleichen.

Ein Phasenvorlaufregler führt über einen bestimmten Frequenzbereich eine positive Phasenverschiebung in das System ein und verbessert so die Reaktionsfähigkeit des Systems. Im Gegensatz dazu führt ein Phasennachlaufregler eine negative Phasenverschiebung ein und stabilisiert das System durch die Dämpfung hochfrequenter Komponenten. Beide Reglertypen können durch eine einzige Übertragungsfunktion dargestellt werden. Wenn der erste Parameter größer als der zweite ist, verhält sich die Funktion wie ein Hochpassfilter; wenn er kleiner ist, wirkt sie wie ein Tiefpassfilter.

Die Implementierung dieser Controller kann mithilfe eines Operationsverstärkers erfolgen. Die Übertragungsfunktion einer solchen Schaltung setzt die Ausgangs- und Eingangsspannungen durch das Produkt der Verhältnisse zweier Kondensatoren und die Summe der Produkte aus Widerstand und Kapazität für jeden Pfad in Beziehung. Durch die Vereinfachung des Designs durch Gleichsetzen der Kondensatoren wird die Anzahl der Designparameter von vier auf drei reduziert, wodurch die Schaltungsgleichung rationalisiert wird.

Darüber hinaus können Konstanten das Verhältnis der Widerstände und das Produkt aus Widerstand und Kapazität ersetzen, was den Schaltungsentwurf einfacher macht. Dieser Ansatz ermöglicht eine präzise Abstimmung der Phasenvorlauf- oder Phasennachlaufeigenschaften, je nach den Anforderungen der Anwendung. Durch die Anpassung dieser Parameter können Ingenieure die Systemstabilität und -leistung effektiv steuern und dabei die grundlegenden Prinzipien von Hochpass- und Tiefpassfiltern nutzen, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.