Kontrollrauschen

Kontrollrauschen bezeichnet in der Regelungstechnik die zufälligen Störungen, die den dem Regler und dem Stellglied zugeführten Stellwert verfälschen. Es entsteht durch Ungenauigkeiten in der Signalverarbeitung, Quantisierung, Digitaleitung, Verzögerungen, nichtlineare Stellglieder oder Umgebungsrauschen im Aktuator. Es ist zu unterscheiden von Prozessrauschen (Störungen im zu regulierenden Prozess) und Messrauschen (Rauschen in der Sensorik).

Modelle des Kontrollrauschens verwenden typischerweise eine additive Störung im Stellwert. In kontinuierlicher Zeit lässt sich der effektive Stellwert als û(t) = u(t) + w_u(t) beschreiben, wobei w_u(t) ein stochastischer Prozess sein kann (häufig als weißes Gaußrauschen-Modell). In der diskreten Zeit gilt û_k = u_k + w_k. Kontrollrauschen kann auch als multiplikatives Rauschen auftreten oder durch Grenz- und Nichtlinearitäten wie Sättigung beeinflusst werden.

Auswirkungen des Kontrollrauschens umfassen Verschlechterung der Regelungsleistung, vermehrte Pegelabweichungen, mögliche Oszillationen und eine reduzierte Abschätzung der Regelgröße. Insbesondere in Systemen mit Sättigung, Verzögerungen oder empfindlichen Feedback-Schleifen kann es Stabilität und Tracking-Ergebnisse signifikant beeinflussen. In der Regelungstheorie wird Kontrollrauschen daher in stochastischen oder robuster Regelungsansätzen berücksichtigt.

Vermeidung und Abmilderung beinhalten Maßnahmen wie verbesserte Aktuatoren und Signalaufbereitung, Rauschdämpfung, Anti-Windup-Strategien, Ratenbegrenzung und Quantisierungsbewusstsein. In der Praxis kommen Kalman-Filter und andere Zustands- oder Sichtbarkeits-Schätzverfahren zum Einsatz, die Kontrollrauschen zusammen mit Prozessrauschen berücksichtigen. Robuste Regler, H∞-Methoden oder mu-Synthesis können zusätzlich die Auswirkungen von Kontrollrauschen auf Stabilität und Leistung mindern.

Siehe auch: Regelungstechnik, Stochastische Prozesse, Kalman-Filter, H∞-Regelung, Quantisierung.