Feedbackalgorithmen

FeedbackAlgorithmen bezeichnet eine Klasse von Verfahren, die das Verhalten eines Systems durch Rückkopplung des Istzustands gegenüber dem Sollzustand steuern. In einem typischen Regelkreis besteht das zu steuernde System (das Plant), ein Sensor zur Messung der aktuellen Größe, ein Controller, der aus dem Fehler zwischen Soll- und Istwert eine Stellgröße ableitet, und ein Aktor, der die Stellgröße auf das Plant überträgt. Die Rückführung ermöglicht Korrekturmaßnahmen, um Abweichungen zu verringern und Stabilität sowie gewünschte Dynamik sicherzustellen.

Zu den bekanntesten Vertretern gehören PID-Regler (proportional, integral, differential), die in einer Vielzahl technischer Systeme eingesetzt werden. Darüber hinaus sind fortgeschrittene Algorithmen wie LQR (Lineares-Quadratisches-Regler), MPC (Model Predictive Control) sowie adaptive oder robuste Regelungsverfahren verbreitet. In der Praxis werden oft Modelle der Systemdynamik verwendet oder Schätzungen aus Messdaten herangezogen, um die Stellgröße in zeitdiskreten oder kontinuierlichen Implementierungen zu optimieren.

Wichtige Designaspekte umfassen Stabilität, Robustheit gegenüber Störungen und Modellunsicherheiten, Verzögerungen durch Sensorik und Aktorik, Rauschen sowie Nichtlinearitäten. Bei digitalen Implementierungen kommen Diskretisierung, Sampling-Intervalle und Anti-Windup-Strategien hinzu. Zustandsschätzung, zum Beispiel durch Kalman-Filter, hilft bei unvollständigen Messungen.

Anwendungsgebiete reichen von industriellen Automatisierungsprozessen über Robotik und Luftfahrt bis hin zu Audiobearbeitung, Telekommunikation und Energieversorgung. Die Theorie der Feedbackalgorithmen verbindet Elemente der Regelungstheorie, Systemtheorie und Statistik und umfasst sowohl klassische lineare als auch moderne datengetriebene Ansätze.