Schleifenregelung

Schleifenregelung, auch als closed-loop control bezeichnet, ist ein Regelungssystem, das den zu regelnden Prozess kontinuierlich mit dem gemessenen Istwert vergleicht und eine Stellsgröße erzeugt, um Abweichungen vom Sollwert zu verringern. Der Sollwert, oft als Setpoint bezeichnet, wird dem System vorgegeben, während der Istwert durch Sensoren gemessen wird. Eine Rückführung aus dem Messsignal über den Regler beeinflusst den Aktor, der den Prozess beeinflusst, so dass sich der Istwert dem Setpoint annähert.

Typische Bausteine eines Schleifenregelsystems sind: der Prozess bzw. die Regelstrecke (Plant), Sensoren zur Messung des Prozesswerts, der Regler zur Berechnung der gewünschten Stellgröße und das Stellglied, das die Stellgröße in eine physikalische Aktion umsetzt. Oft wird zusätzlich eine Filterung oder Vorverarbeitung des Messsignals eingesetzt, um Rauschen zu reduzieren.

Reglerarten umfassen hauptsächlich Proportional-, Proportional-Integral- und Proportional-Integral-Derivat-Glieder (P, PI, PID). PID-Regler sind aufgrund ihrer Vielseitigkeit in vielen Anwendungsfeldern Standard. Neben klassischen Reglertypen kommen auch Zustandsregler, Model-Predictive-Control-Ansätze oder adaptive Verfahren zum Einsatz, besonders bei komplexeren oder zeitveränderlichen Systemen.

Wesentliche Eigenschaften einer Schleifenregelung sind Stabilität, Konvergenzgeschwindigkeit, Überschwingen, Robustheit gegenüber Störungen und Rauschen sowie der Stellgrenzen. Die Parametrierung der Reglerparameter erfolgt manuell, durch automatische Verfahren oder anhand modellbasierter Methoden (z. B. Ziegler-Nichols, Cohen-Coon). Häufige Anwendungsbereiche sind Industrieprozesse (Temperatur, Druck, Durchfluss), Antriebstechnik (Motordrehrate, Position), Heizungs- und Klimatechnik sowie Robotik.

Herausforderungen umfassen Verzögerungen, Nichtlinearitäten, Messrauschen und Störungseinflüsse, die die Regelung beeinflussen können. Eine gut gewählte Schleifenregelung erhöht Genauigkeit, Effizienz und Automatisierungsgrad von Systemen.