Steuerungssysteme

Steuerungssysteme sind Systeme, die das Verhalten eines zu regulierenden Prozesses beeinflussen, um eine oder mehrere Zielgrößen unter Berücksichtigung von Messwerten, Störungen und Randbedingungen zu erreichen. Typisch bestehen sie aus Sensoren zur Messung der Prozessgröße, einem Regler, der eine geeignete Stellgröße berechnet, und einem oder mehreren Stellgliedern, die die Stellgröße am Prozess anpassen. In der Praxis unterscheidet man offene (open-loop) und geschlossene Regelungen. Offene Systeme arbeiten ohne Rückführung und sind daher anfälliger für Störungen, während geschlossene Regelkreise eine Rückführung verwenden, um Abweichungen zu korrigieren.

Der Regelkreis umfasst Sollwert, Messgröße, Regler, Stellglied und Prozess. Der Regler vergleicht den gemessenen Istwert mit dem Sollwert und erzeugt eine Stellgröße, die durch das Stellglied den Prozess beeinflusst. Beliebte Reglerarten sind P-, PI-, PID-Regler; weitere Ansätze umfassen Zustandsregelung, adaptive oder modellbasierte Regelung. Regelungstechnik wird in der Industrie, der Robotik, der Fahrzeugtechnik und der Gebäudetechnik eingesetzt.

Die Leistungsbewertung berücksichtigt Stabilität, Reaktionszeit, Überschwingen, Genauigkeit und Robustheit gegenüber Störungen. Die Auslegung erfolgt durch Prozessidentifikation, Modellbildung und Reglerabstimmung. Typische Schritte sind Modellierung des Prozesses, Auswahl des Reglers, Simulation, Implementierung und Feinabstimmung. Technologisch stehen digitale Regler in speicherprogrammierbaren Steuerungen, Mikrocontrollern oder Industrie-PCs im Vordergrund; Sensorik wie Temperatursensoren, Drucksensoren oder Wegmesssysteme sowie Stellglieder wie Ventile oder Motoren sind gängige Komponenten. Zukünftige Entwicklungen betreffen intelligente Sensorik, edge computing, sichere Regelung und hybride Systeme.