Leadkompensatoren

Leadkompensatoren sind dynamische Elemente in Regelkreisen, die durch eine gezielte Phasenführung die Regelungsleistung verbessern. Sie liefern in einem bestimmten Frequenzbereich eine positive Phasenverschiebung, wodurch der Phasenrand des Regelkreises erhöht wird und das Überschwingen in Transienten sinkt.

Die Übertragungsfunktion eines Leadkompensators hat typischerweise die Form Gc(s) = K (s + z) / (s + p), mit positiven Null- und Polstellen z und p, wobei z < p gilt, damit die Nullstelle näher am Ursprung liegt als die Polstelle. Die maximale Phasenführung wird durch das Verhältnis von z und p bestimmt; die Nullstelle nahe dem Ursprung und die Polstelle weiter rechts sorgen dafür, dass im Frequenzbereich zwischen beiden eine positive Phasenverschiebung entsteht, typischerweise um ω ≈ sqrt(z p). Die Verstärkung K wird so gewählt, dass die gewünschte statische Genauigkeit erreicht wird.

Realisiert wird ein Leadkompensator meist durch ein RC-Glied in der Vorwärtslinie eines Verstärkers oder Reglers, das eine Nullstelle und eine Polstelle entsprechend den Parametern erzeugt. In digitalen Regelsystemen lassen sich Leadkompensatoren als äquivalente Diskretisierung implementieren.

Anwendungen umfassen Servosysteme, Motor- und Positionsregelung, Prozessregelung sowie jede Anwendung, in der eine schnelle Reaktion bei ausreichender Stabilität benötigt wird. Leadkompensatoren werden oft zusammen mit Lagkompensatoren in Lead-Lag-Kombinationen verwendet, um sowohl die Phasenlage als auch die statische Genauigkeit zu optimieren.