Regelungssystemen

Regelungssysteme sind Vorrichtungen und Verfahren, die das Verhalten technischer Systeme so beeinflussen, dass ein gewünschter Zielwert erreicht oder ein Verstoß gegen ihn minimiert wird. Typischerweise arbeiten sie durch Messung des Istwerts, Gegenüberstellung mit einem Sollwert und Erzeugung einer Stellgröße, die das System beeinflusst. Durch Rückführung der aktuellen Regelgröße kann das System ständig korrigieren.

Kernkomponenten sind Sensoren zur Messung, Regler zur Berechnung der Stellgröße, Stellglieder zur Umsetzung der Stellgröße und das zu regelnde System, oft als Plant bezeichnet. Die Rückführung sorgt dafür, dass Abweichungen kompensiert werden. Offene Regelkreise arbeiten ohne Feedback; geschlossene Regelkreise verwenden Feedback, um Störungen zu kompensieren.

Modelle und Analyse in der Regelungstheorie verwenden dynamische Modelle in Form von Differentialgleichungen, Transferfunktionen oder Zustandsraumdarstellungen. Wichtige Eigenschaften sind Stabilität, Reaktionsgeschwindigkeit, Genauigkeit und Störunterdrückung. Typischer Regler ist der PID-Regler (Proportional-Integral-Derivat), der häufig eingesetzt wird, weil er die Grundanforderungen an Regelgüte erfüllt.

Typische Regelungsstrategien umfassen PID, robuste Regelung, adaptive Regelung, Fuzzy-Logik und modellprädiktive Regelung. Anwendungen finden sich in der Prozesssteuerung, der Automatisierung von Maschinen, der Gebäudetechnik, der Energieversorgung, der Fahrzeugtechnik und der Robotik. Die Regelungstheorie bildet heute eine zentrale Disziplin der Automatisierungstechnik und Ingenieurwissenschaften.