Steuerkreise

Steuerkreise, meist auch als Regelkreise bezeichnet, sind geschlossene Regelkreise, die eine physikalische Größe (den Prozesswert) durch Vergleich mit einem voreingestellten Sollwert kontinuierlich regeln. Typischer Aufbau: ein Sensor misst den Istwert, ein Regler berechnet aus dem Fehler (Sollwert minus Istwert) eine Stellgröße, die über einen Aktuator an den betrachteten Prozess (die Strecke) angepasst wird. Das Ziel ist die Minimierung des Fehlers durch negatives Feedback: Der Ausgang beeinflusst den Eingang so, dass Abweichungen reduziert werden.

Je nach Vorhandensein von Feedback unterscheidet man geschlossene Regelkreise (mit Rückführung) von offenen Regelkreisen, die ohne Rückführung arbeiten. In der Praxis kommen oft Regler zum Einsatz; bekannteste Reglerfamilie ist der PID-Regler (proportional, integral, differential). Außerdem finden sich P-, PI- und PD-Regler sowie einfache On-Off-Steuerungen.

Für die Auslegung werden das dynamische Verhalten des Prozesses (Strecke), Störungen, Verzögerungen sowie Mess- und Störrauschen berücksichtigt. Wichtige Kenngrößen sind Stabilität, Ansprechverhalten, Überschwingen und Robustheit. Zur Analyse werden Modelle in Form von Übertragungsfunktionen oder Zustandsräumen verwendet; gängige Verfahren zur Abstimmung von Reglern basieren auf Nyquist-, Bode- oder Zeitbereichs‑Methoden (z. B. Ziegler-Nichols).

Anwendungsgebiete von Steuerkreisen umfassen Industrieautomation, etwa Temperatur-, Drehzahl- oder Druckregelung, Robotik, prozessnahe Regelungen in der Fertigung und Antriebstechnik.

Historisch entwickelten sich Steuerkreise aus der Regelungstheorie des 20. Jahrhunderts, mit zentralen Konzepten wie Rückkopplung, Stabilität und der digitalen Umsetzung der Steuerung.