leadkompensator

Leadkompensator ist eine dynamische Reglerstufe, die in Regelkreisen eine Phasenführung bereitstellt, um Stabilität und Reaktionsgeschwindigkeit eines Systems zu verbessern. Er erhöht gezielt den Phasenwinkel im mittleren Frequenzbereich, während die Verstärkung bei sehr niedrigen Frequenzen nahe 1 bleibt. Dadurch lässt sich die Phasenreserve erhöhen und eine schnellere Einschwingung erreichen, ohne die DC-Gewinnung wesentlich zu verändern.

Mathematisch lässt sich ein Leadkompensator gBc(s) typischerweise in der Form Gc(s) = (τs + 1) / (ατs + 1) darstellen, mit 0 < α < 1. Die Nullstelle liegt bei s = −1/τ und die Pole bei s = −1/(ατ). Durch die Anordnung, bei der der Zero näher am Ursprung liegt als der Pole, ergibt sich eine positive Phasenverschiebung in einem definierten Frequenzband. Die Hochfrequenzverstärkung nähert sich 1/α, was zu einer erhöhten Empfindlichkeit gegenüber Hochfrequenzrauschen führen kann.

Design und Anwendung: Zur Wahl von α bestimmt man die gewünschte maximale Phasenführung φm und platziert τ so, dass das Lead-Verhalten in dem Bereich wirkt, in dem der Regelkreis zusätzliche Phasenreserve benötigt. In der Praxis erfolgt die Abstimmung oft anhand von Bode-Diagrammen oder Root-Locus-Verfahren sowie Tests in Simulationen und am System. Leadkompensatoren werden häufig vor Reglerstufen oder in der Vorsteckschaltung verwendet, um die Stabilität und das Ansprechverhalten zu verbessern.

Einsatzgebiete umfassen Automatisierung, Robotik, Antriebstechnik und Fahrzeugregelung. Vorteile sind erhöhte Phasenmargin und beschleunigtes Ansprechverhalten; Nachteile können Hochfrequenzrauschen und Empfindlichkeit gegenüber Modellungen sein.