Regulierungstechnik

Regelungstechnik ist ein Teilgebiet des Ingenieurwesens, das sich mit der Gestaltung, Analyse und dem Betrieb von Regelkreisen zur Beeinflussung dynamischer Prozesse befassen. Das Ziel ist, Systeme stabil, robust und zielgerichtet zu steuern, auch bei Störungen und Unsicherheiten. Kernidee ist der geschlossene Regelkreis: Ein Sensor misst den Ist-Zustand, ein Regler berechnet eine Stellgröße, und der Stellaktuator beeinflusst den Prozess. Durch Feedback wird Abweichung vom gewünschten Zustand laufend korrigiert.

Modelle der Regelungstechnik verwenden Differentialgleichungen, Übertragungsfunktionen oder Zustandsräume. Wichtige Analyse- und Entwurfsmethoden umfassen Stabilitätskriterien (Routh-Hurwitz, Lyapunov), Frequenzganganalysen (Nyquist, Bode) sowie Zeitverhalten (Sprungantwort). Typische Reglerarten sind lineare Regler wie PID (Proportional-Integral-Derivativ), Lead-/Lag-Filter und deren Abstufungen. In modernen Ansätzen kommen Zustandsregler, Beobachter (z. B. Kalman-Filter) und Optimierungsmethoden (LQR, Model Predictive Control) hinzu. Digitale Regelung verarbeitet Abtastwerte, weshalb Diskretisierung, Abtastrate und Rechenzeit eine Rolle spielen. Die Systemidentifikation dient der Ermittlung geeigneter Modelle aus Messdaten.

Anwendungen finden sich in der Prozessindustrie (Chemie, Öl-Gas), Energieversorgung, Gebäude- und Anlagentechnik, Automobil- und Maschinenbau, Robotik sowie Luft- und Raumfahrt. Die Regelungstechnik hat sich im Laufe des 20. Jahrhunderts von der klassischen, frequenzbasierten Regelung hin zu modellbasierten, zustandsorientierten Ansätzen entwickelt. Wichtige Meilensteine sind PID-Tuning-Verfahren, Zustandsregelung und die Einführung digitaler Regulation.