Verstärkungsregelung

Verstärkungsregelung bezeichnet in der Regelungstechnik den Prozess der Festlegung und Anpassung der Verstärkungsfaktoren eines Rückkopplungssystems, um die Ausgangsgröße eines Prozesses zu regeln. Ziel ist es, eine gewünschte Systemreaktion zu erreichen, etwa geringe Stellgrößen, schnelle Anstiege oder geringe Abweichung vom Sollwert, bei gleichzeitig ausreichender Stabilität.

Ein typischer Regelkreis nutzt einen Regler, der Eingangsfehler zwischen Sollwert und gemessenem Istwert verstärkt. Dabei kommen häufig Proportional-, Integral- und Differentialanteile zum Einsatz (PID-Regler). Die Verstärkungsparameter Kp, Ki und Kd bestimmen, wie stark der Regler auf Fehler reagiert, wie schnell er sich dem Sollwert nähert und wie stark Überschwingungen auftreten.

Die Verstärkungsregelung erfolgt entweder mit festen Gains, die durch Verfahren wie Ziegler-Nichols oder Cohen-Coon optimiert werden, oder dynamisch durch adaptive oder gain-scheduled Reglersysteme. In robusten Regelungen werden Gains so gewählt, dass der Regelkreis auch bei Modellunsicherheiten stabil bleibt und Störungen ausreichend abgeschwächt werden.

Wichtige Aspekte sind Stabilität, Robustheit, Stellgröße-Sättigung, Rauschanfälligkeit sowie Regellaufzeit, Überschwingen und stationäre Abweichung. Analytische Methoden umfassen Bode- und Nyquist-Diagramme sowie Root-Locus-Ansätze; in nichtlinearen Systemen kommen auch Lyapunov-Verfahren zur Stabilitätsabschätzung zum Einsatz.

Anwendungsbereiche umfassen Maschinensteuerung, Robotik, Prozessindustrie, Antriebe und Fahrzeugtechnik sowie Audio- und Signalkonditionierung.