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Regelungstechnik

Begriffe und Definition der Regelungstechnik

Eine grundlegende Erfahrung unseres täglichen Lebens ist die Veränderung: Gegenstände und Lebewesen in unserer Umgebung verändern ihren Ort, ihre Lage, ihre Größe und ihre Gestalt. Sie treten mit uns und untereinander in Wechselwirkung, tauschen Masse, Energie und Information miteinander aus, entstehen, wachsen, verfallen und vergehen.

Neben diesem Wandel, dem sich kein Gegenstand und kein Lebewesen auf Dauer entziehen kann, beobachten wir aber auch das Bestreben der Organismen, den Veränderungen zumindest über einen begrenzten Zeitraum entgegenzuwirken und die für das Überleben wichtigen physikalischen Größen wie Ort, Lage, Form, Körpertemperatur usw. konstant zu halten oder aber in einer zweckmäßigen Weise gezielt zu beeinflussen. So halten beispielsweise viele höhere Lebewesen ihre Körpertemperatur trotz wechselnder Außentemperatur innerhalb enger Grenzen konstant, um einen störungsfreien Ablauf der Lebensvorgänge zu sichern. Hierzu verwenden sie ein im Prinzip immer gleiches Verfahren: Der momentane Wert der zu beeinflussenden Größe wird durch ein Sinnesorgan (Rezeptor, Sensor) erfasst und mit dem gewünschten Wert verglichen. Durch geeignete Maßnahmen, die im allgemeinen das Zuführen von Energie bedingen, wird die Differenz zwischen dem gewünschten und dem aktuellen Zustand zum Verschwinden gebracht. Diese Regelung physikalischer Größen, bei der als gemeinsames Merkmal der momentane Wert der zu beeinflussenden Größe zurückgemeldet wird, findet man bei allen Lebewesen zu den verschiedensten Zwecken angewendet.

Die diesen Fertigkeiten von Lebewesen zugrunde liegenden Prinzipien wurden schon frühzeitig - in allerdings noch sehr unvollkommener Weise - auch in technischen Geräten verwendet, ohne dass sie zunächst als solche erkannt und ihre Verwendung in Organismen bemerkt wurde. Erst als es in neuerer Zeit gelang, die grundlegenden Begriffe der Informationsübertragung und -verarbeitung und der Regelung mathematisch zu erfassen, wurden die Gemeinsamkeiten technischer und biologischer Systeme in vollem Umfang erkannt. Die im Jahre 1948 von N. Wiener begründete Wissenschaft der Kybernetik, die sich mit der Untersuchung derartiger Vorgänge in Lebewesen und technischen Prozessen befasst, hat in entscheidendem Maße zur Aufdeckung dieser Gemeinsamkeiten und damit zum Verständnis der Lebensvorgänge beigetragen.

Das Prinzip der Regelung kann man anhand des Satzes "Vertrauen ist gut, Kontrolle ist besser" verdeutlichen, den man als Dogma der Regelungstechnik bezeichnen kann.

Abb.1

In DIN 19226 ist das Charakteristische eines Regelungsvorganges definiert:

Definition
Das Regeln - die Regelung - ist ein Vorgang, bei dem eine Größe, die zu regelnde Größe (Regelgöße) fortlaufend erfasst, mit einer anderen Größe, der Führungsgröße verglichen und abhängig vom Ergebnis dieses Vergleichs im Sinne einer Angleichung an die Führungsgröße beeinflusst wird. Der sich dabei ergebende Wirkungsablauf findet in einem geschlossenen Kreis, dem Regelkreis statt.

Technische Regelungen können sich unter Zuhilfenahme von unterschiedlichen Medien abspielen:

  • Mechanische Regelungen sind im Allgemeinen robust, temperaturunanfällig und häufig ohne Hilfsenergie. Beispiele sind die Regelung des Benzinstandes im Vergaser und die Wasserstandsregelung.
  • Die hervorragende Eigenschaft pneumatischer Regelungen ist ihre Explosionssicherheit. Beispiele sind die vielen chemischen und verfahrenstechnischen Regelungen in der Industrie.
  • Hydraulische Regelungen eignen sich besonders gut zur schnellen Übertragung und Ausübung großer Kräfte und Momente. Beispiele sind die Klappenverstellung von Flugzeugen und die Regelung von Bau- und Werkzeugmaschinen.
  • Elektrische Regelungen zeichnen sich durch problemlose Signalübertragung, ihre Schnelligkeit und gute Miniaturisierbarkeit aus. Beispiele sind die Drehzahlregelung von Antrieben und alle Arten der Regelung unter Verwendung von Analog- und Digitalrechnern (Mikrocontrollern).
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