Regelkreis

Ein Regelkreis (Regelung mit Rückkopplung) ist ein technisches System, das einen Prozess so steuert, dass eine konfigurierte Größe, der Sollwert, möglichst konstant bleibt. Er nutzt Feedback aus dem Ausgang, um Abweichungen vom Sollwert zu korrigieren. Typische Anwendungsbereiche finden sich in der Industrie, der Haustechnik und der Fahrzeugtechnik.

Aufbau: Der Regler empfängt den Sollwert r(t) und den Istwert y(t) vom Sensor. Die Fehlgröße e(t) = r(t) − y(t) dient als Eingabe für den Regler, der ein Stellglied u(t) erzeugt. Das Stellglied beeinflusst den Prozess (die Plant), dessen Ausgang y(t) dem Sensor zurückgemeldet wird. In der Übertragungstechnik wird dies oft durch die Transferfunktionen Gp(s) des Prozesses und Gc(s) des Reglers beschrieben.

Im Gegensatz zum offenen Regelkreis arbeitet ein Regelkreis mit Feedback, wodurch Störungen und Parameteränderungen weitgehend kompensiert werden können. Open-Loop-Systeme haben keinen Feedbackpfad und liefern oft höhere Verzögerungen bei typischen Laständerungen.

Reglerarten umfassen Proportionalregler (P), Proportional-Integralregler (PI) und Proportional-Integral-Differentialregler (PID). Die Wahl und Abstimmung der Reglerparameter beeinflussen Stabilität, Ansprechverhalten und Endwertfehler. Typische Abstimmungsverfahren sind empirische Methoden wie Ziegler-Nichols oder modellbasierte Ansätze.

Wichtige Leistungsgrößen eines Regelkreises sind Stabilität, Stellgröße, Überschwingen, Ansprechzeit, Genauigkeit und Störungsresistenz. Ungewünschte Effekte wie Rauschen, Nichtlinearitäten oder Verzögerungen können das Verhalten verschlechtern und erfordern robuste Regelungsdesigns.

Beispiele: Thermostatregler in Gebäuden, Geschwindigkeitsregelung in Fahrzeugen, Temperatur- oder Druckregelungen in Industrieprozessen. Regelkreise ermöglichen eine automatische, kontinuierliche Anpassung von Prozessen, wodurch Qualität, Sicherheit und Energieeffizienz verbessert werden.

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