Stellgrenzen

Stellgrenzen sind die Grenzwerte, die für eine Stellgröße festgelegt werden. Stellgrößen sind die vom Regler an Aktuatoren übermittelten Eingaben in einem dynamischen System, zum Beispiel der Ventilstellwert, die Motordrehzahl oder die Heizleistung. Stellgrenzen ergeben sich aus physischen Eigenschaften der Aktuatoren, Sicherheitsanforderungen, Betriebs- und Schutzvorschriften sowie aus Effizienz- oder Kostenaspekten.

Aus Sicht der Regelungstheorie werden Stellgrößen durch Ober- und Untergrenzen begrenzt. Die Grenzwerte können konstant sein oder zeit- bzw. zustandsabhängig variieren. Sie dienen dazu, Überlastungen, Schäden am System oder unphysikalisches Verhalten zu verhindern und das Reglerverhalten zu stabilisieren, insbesondere bei Verzögerungen, Nichtlinearitäten oder starken Störungen.

Mathematisch lassen sich Stellgrenzen als Beschränkungen der Eingangsgröße u(t) formulieren: u_min ≤ u(t) ≤ u_max. In fortgeschrittenen Regelungsverfahren können Grenzwerte dynamisch sein oder als Teil eines Optimierungsproblems implementiert werden (zum Beispiel in der Modellvorhersagekontrolle, MPC). Stellgrenzen können als harte Beschränkungen auftreten oder als weiche Beschränkungen in Kostenfunktionen berücksichtigt werden.

Im Design und Betrieb werden Grenzwerte oft mit Antiwindup-Strategien, Projektionen oder anderen Methoden behandelt, um das Verhalten bei Aktivierung von Grenzen zu verbessern. Harte Grenzen dürfen normalerweise nicht verletzt werden; weiche Grenzen werden durch Kosten- oder Strafgrößen berücksichtigt, um Fehlerintegration zu vermeiden.

Beispiele: ein Ventil mit 0–100 % Öffnung; eine Gleichstrommotoransteuerung von −12 V bis +12 V; eine Heizleistung von 0 bis 5 kW.