Die Stromschleife eines Controllers: PI-Regler, Verstärkungen und Bandbreite

Durch die Werkstatt von Rage Mechanics in Lyon. Veröffentlicht am 03.11.2026. Lesezeit: 4 Min.

Wenn Sie beschleunigen, geben Sie keinen Spannungs-, sondern einen Drehmomentbefehl, also einen Strombefehl. Der Controller muss dafür sorgen, dass der tatsächliche Strom im Motor diesem Sollwert folgt, trotz sich ändernder Geschwindigkeit, sinkender Batterieleistung und Motorerwärmung. Diese Aufgabe wird von einer Stromregelschleife übernommen, die auf sogenannten PI-Reglern basiert. Die Einstellung dieser Regler macht den Unterschied zwischen einem sanften und präzisen Motor und einem Motor, der quietscht, vibriert oder träge reagiert.

Das Wichtigste

  • Ein Regler vergleicht den gemessenen Strom mit dem Sollwert und passt die angelegte Spannung an, um die Abweichung zu korrigieren.
  • Der proportionale Term reagiert sofort auf die Abweichung; der integrale Term beseitigt die Abweichung, die bestehen bleibt.
  • Die guten Leistungswerte lassen sich anhand des Widerstands und der Induktivität des Motors berechnen.
  • Eine zu schnelle Schleife wird instabil und laut; eine zu langsame Schleife macht den Motor träge und unpräzise.

Die Rolle der Stromschleife

Bei der vektorregelung werden zwei Ströme geregelt: der Strom q, der das Drehmoment erzeugt, und der Strom d, der auf Null gehalten oder zur Entmagnetisierung verwendet wird. Jeder Achse ist ein eigener Regler zugeordnet. In jeder Schaltperiode erhalten diese Regler die Differenz zwischen Sollwert und Messwert und berechnen die anzuwendende Spannung.

P wie proportional

Der proportionale Regler wendet eine Korrektur an, die proportional zur Abweichung ist: je größer die Abweichung, desto größer die Korrektur. Er reagiert sofort. Allein kann er jedoch eine geringe, konstante Abweichung aufweisen, da eine Abweichung erforderlich ist, damit er überhaupt wirken kann. Und wenn seine Verstärkung zu hoch ist, kommt es zu einer Überkorrektur: der Strom schwankt um den Sollwert.

I wie Integral

Der Integralwert addiert die Abweichung im Laufe der Zeit. Solange eine Abweichung besteht, auch wenn sie gering ist, wächst ihre Korrektur, bis sie vollständig beseitigt ist. Er kompensiert beispielsweise die Spannung, die durch den Motor beim Drehen erzeugt wird und die mit der Geschwindigkeit zunimmt. Wenn er zu stark ist, verursacht er Überschwingen und langsame Schwingungen.

Berechnung der Leistungsaufnahme aus dem Motor

Eine Motorwicklung verhält sich, hinsichtlich des Stromkreislaufs, wie ein Widerstand in Serie mit einer Induktivität. Dies ermöglicht eine systematische Einstellung:

  • man wählt die gewünschte Geschwindigkeit der Schleife sowie deren Bandbreite;
  • Der proportionale Verstärkungsfaktor entspricht dem Produkt aus der Induktivität und der Bandbreite;
  • Der Gesamtwert entspricht dem Widerstandswert multipliziert mit der entsprechenden Bandbreite.

Mit dieser Einstellung kompensiert der Regler genau das Verhalten der Wicklung, und der Strom folgt dem Sollwert mit der gewählten Geschwindigkeit, ohne Überschreitungen. Aus diesem Grund misst die Motorkennung den Widerstand und die Induktivität: daraus ergeben sich die Vorteile.

Wie weit kann man die Geschwindigkeit erhöhen?

Man möchte eine möglichst schnelle Regelungsschleife. Diese ist jedoch durch die Frequenz begrenzt, mit der der Controller misst und korrigiert, also durch die PWM-Taktfrequenz des Controllers, sowie durch die Mess- und Rechenzeiten. In der Praxis wird die Bandbreite der Regelungsschleife deutlich unterhalb der Taktfrequenz gehalten. Darüber hinaus wird die Regelungsschleife instabil: der Motor gibt ein Pfeifgeräusch von sich, der Strom oszilliert, und der Controller kann aufgrund von Überstrom abschalten.

Wenn die Spannung fehlt: Überlastung

Bei hoher Geschwindigkeit kann der Regler mehr Spannung anfordern, als die Batterie liefert. Die angelegte Spannung erreicht ein Maximum, der Strom folgt nicht mehr, und der Integralterm akkumuliert weiterhin die Differenz. Wenn sich die Situation wieder entspannt, verursacht diese Akkumulation einen Ruck. Seröse Controller begrenzen daher die Akkumulation während der Sättigung: dies ist die "Anti-Überlastungsfunktion" des Integrators. In diesem Bereich kommt auch die Feldabschwächung zum Einsatz.

Die Schleifen um die Stromkreis-Schleife

Die Stromschleife ist die schnellste und innerste. Andere Schleifen, die langsamer sind, können darauf aufbauen:

  • Eine Geschwindigkeitsregelung, die einen Sollstromwert festlegt, um eine bestimmte Geschwindigkeit beizubehalten (Geschwindigkeitsregler, Geschwindigkeitsbegrenzung);
  • Eine Positionsschleife, für Roboter und Aktuatoren;
  • Begrenzer, die den Sollwert in Abhängigkeit von der Batterietemperatur oder -spannung reduzieren.

Bei einem Elektroroller steuert der Gashebel in der Regel direkt den Stromwert: Dies sorgt für ein direktes und gut dosierbares Ansprechverhalten.

Häufig gestellte Fragen

Warum gibt mein Motor nach einer manuellen Einstellung ein lautes Pfeifen von sich?

Wahrscheinlich liegt das Problem an einer zu schnellen Stromschleife oder an Verstärkungswerten, die nicht zum Motor passen. Der Strom schwingt mit hoher Frequenz und verursacht Vibrationen in den Wicklungen. Oftmals löst es das Problem, zu den vom Motor-Scan berechneten Verstärkungswerten zurückzukehren.

Muss die Verstärkung manuell eingestellt werden?

Selten. Sie werden anhand der gemessenen Widerstand und Induktivität berechnet und sind in den meisten Fällen korrekt. Man sollte sie nur aus einem bestimmten Grund und mit der Möglichkeit, den Strom zu überwachen, verändern.

Was passiert, wenn die Motorparameter falsch sind?

Die Werte werden falsch berechnet: Die Regelung wird entweder zu weich oder instabil. Das ist einer der Gründe, warum man die Motorerkennung nach einem Austausch des Motors oder der Phasenleitungen erneut durchführt.