FeedbackSteuerung

Feedbacksteuerung, auch als Closed-Loop-Steuerung bezeichnet, ist eine Regelungstechnik, bei der die aktuelle Ausgangsgröße eines Systems gemessen wird, um über eine Rückkopplung eine geeignete Stellgröße zu erzeugen. Ziel ist es, Abweichungen zwischen dem Sollwert und dem realisierten Istwert zu reduzieren. Durch Feedback können Störungen, Verzögerungen und Nichtlinearitäten korrigiert werden, wodurch Regelgrößen stabiler und robuster werden.

Der typische Aufbau umfasst Referenzsignal, Regler, Stellglied, Prozess (Pflanze), Sensoren und die Rückführung. Der Fehler ist die Differenz aus Referenz und gemessenem Istwert. In der Regel kommt negative Rückführung zum Einsatz, die Störungen ausgleicht und die Systemdynamik beeinflusst. Open-Loop-Steuerung arbeitet ohne Rückführung und ist anfälliger für Abweichungen.

Am häufigsten verwendet wird der PID-Regler (Proportional-Integral-Derivat). Weitere Ansätze umfassen Zustandsregelung, Lead-/Lag-Komponenten sowie digitale bzw. diskrete Regelung. Die Regelung kann kontinuierlich oder diskret implementiert werden, was eine Abtastung der Messgröße erfordert. Moderne Systeme setzen modellbasierte Regelung ein, etwa Zustandsregelung oder Model Predictive Control, insbesondere in komplexen Anwendungen.

Zentrale Leistungskennzahlen sind Stellgröße, Einschwingverhalten, Überschwingen, stationärer Regelungsfehler und Robustheit gegenüber Störungen. Die Stabilität wird mit Kriterien wie Nyquist, Routh-Hurwitz oder Lyapunov-Theorie bewertet. Praktische Herausforderungen ergeben sich durch Sensorrauschen, Aktuatorgrenzen, Totzeiten und Nichtlinearitäten, weshalb Reglerdesign oft auch Filterung und Robustheitsoptimierung einschließt.

Anwendungsfelder reichen von Prozess- und Fertigungssteuerung über Robotik und Antriebstechnik bis zu Fahrzeugtechnik und Gebäudeautomation. Die Geschichte der Feedbacksteuerung reicht von mechanischen Reglern der frühen Industrie bis zu modernen digitalen Regelungen, umgesetzt durch Mikrocontroller, DSPs oder speicherprogrammierbare Steuerungen. Zentrale Aspekte sind Sicherheit, Zuverlässigkeit, Wartbarkeit sowie der Umgang mit Verzögerungen.