Die Kaskadenregelung ist eine Struktur, bei der mehrere Regler hierarchisch verschachtelt werden. Sie wird oft eingesetzt, wenn ein System mehrere zu regelnde Größen hat, die sich gegenseitig beeinflussen, oder wenn Störungen an unterschiedlichen Stellen im System angreifen. Ein typisches Beispiel ist die Drehzahlregelung eines DC-Motors.
Hier wird oft ein innerer Regelkreis zur Regelung des Ankerstroms (der proportional zum Drehmoment ist) und ein äußerer Regelkreis zur Regelung der Drehzahl verwendet. Der äußere Drehzahlregler gibt den Sollwert für den inneren Stromregler vor.
Vorteile: Störungen, die direkt auf den inneren Kreis wirken (z.B. Schwankungen der Versorgungsspannung, die den Strom beeinflussen), können vom schnellen inneren Regler ausgeregelt werden, bevor sie die Hauptregelgröße (Drehzahl) wesentlich beeinflussen. Dies verbessert die Störunterdrückung und die Führungsdynamik.
Wir simulieren einen einfachen DC-Motor (Stromkreis als PT1, Mechanik als I-Glied) und vergleichen eine einfache PI-Drehzahlregelung mit einer Kaskadenregelung (innerer P-Stromregler, äußerer PI-Drehzahlregler).
Die Kaskadenregelung verbessert oft die Regelgüte, insbesondere die Störunterdrückung, im Vergleich zu einer einfachen Regelstruktur. Der innere Regelkreis sollte deutlich schneller ausgelegt sein als der äußere Kreis. Die korrekte Auslegung beider Regler ist entscheidend für die Gesamtperformance.