Regelungstechnik

Regelungstechnik ist ein Teilgebiet der Automatisierungstechnik, das sich mit dem Entwurf, der Analyse und dem Betrieb von Regelungssystemen befasst. Ziel ist es, eine Ausgangsgröße in Abhängigkeit von einer Referenzgröße stabil und fehlerarm zu verfolgen, auch bei Störungen und veränderten Randbedingungen.

Zentraler Bestandteil ist der geschlossene Regelkreis, der aus Regler, Sensor, Stellglied und Regelstrecke besteht. Der Regler erhält die Abweichung zwischen Referenz und gemessener Größe und erzeugt eine Stellgröße, die das System beeinflusst. Durch das Feedback wird die Abweichung schrittweise reduziert, sodass die gewünschte Zielgröße erreicht oder gehalten wird.

Die theoretische Behandlung erfolgt oft über Differentialgleichungen oder Übertragungsfunktionen; im Zustandsraummodell werden innere Zustände des Systems beschrieben. Typische Regelalgorithmen sind der PID-Regler (Proportional-Integral-Derivativ), der in vielen Anwendungen standardmäßig eingesetzt wird. Daneben gibt es robuste, adaptive oder prädiktive Verfahren wie modellbasierte Regelung (MPC).

Anwendungsgebiete reichen von der Prozessindustrie (Chemie, Öl, Lebensmittel) über die Fertigungs- und Gebäudetechnik bis hin zu Robotik, Verkehrssystemen und der Luft- und Raumfahrt. Wichtige Anforderungen sind Stabilität, Genauigkeit, Reaktionsgeschwindigkeit und Robustheit gegen Störungen sowie Parametervariationen.

Historisch entwickelte sich die Regelungstechnik im 20. Jahrhundert durch Arbeiten zur PID-Regelung, etwa von N. Minorsky, und durch Verfahren zur Regelungstypenwahl (Ziegler-Nichols). Seit den 1960er Jahren hat die digitale Implementierung und die modellbasierte Regelung die Praxis stark beeinflusst und neue Möglichkeiten eröffnet.