Regelkreisen

Regelkreisen sind Systeme der Regelungstechnik, in denen eine Regelgröße kontinuierlich oder diskret überwacht und über einen Rückkopplungspfad dem Stellglied zugeführt wird, um den Prozessverlauf zu beeinflussen. Ziel eines Regelkreises ist es, die Regelgröße trotz Störungen oder Modellunsicherheiten in der Nähe eines festgelegten Sollwerts zu halten. Die zentrale Idee besteht darin, den Unterschied zwischen Soll- und Istwert (den Fehler) zu ermitteln und durch einen Regler eine Stellgröße zu erzeugen, die den Fehler reduziert.

Typische Bauteile eines Regelkreises sind Sensoren zur Messung der Regelgröße, Vergleichs- bzw. Rechenlogik (Regler), Stellglieder zur Einflussnahme auf den Prozess und der eigentliche Prozess, der das Regelobjekt bildet. Regler können analoge oder digitale Implementierungen haben und grundlegende Funktionen wie Proportional-, Integral- und Differentialanteile umfasst werden (PID-Regler). In digitalen Regelkreisen erfolgt die Regelung häufig diskret, mit Abtastung und Abtastwertverarbeitung.

Unterschieden wird zwischen offenen Regelkreisen (Open Loop), die keine Rückkopplung verwenden und daher empfindlich gegenüber Störungen sind, und geschlossenen Regelkreisen (Closed Loop), die Rückkopplung nutzen, um Stabilität und Genauigkeit zu erhöhen. Wichtige Kennzahlen sind Ansprechverhalten (Überschwingen, Einschwingzeit), stationärer Fehler und Robustheit. Analytisch werden Regelkreise häufig mittels Transferfunktionen, Blockdiagrammen und Stabilitätskriterien wie Nyquist, Bode oder Zeitbereichsverfahren untersucht. In der Praxis finden sich Regelkreise in Industrie, Antriebstechnik, Robotik und Gebäudetechnik, wo sie Temperatur, Druck, Durchfluss, Geschwindigkeit oder Position konstant regeln.