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Grundlagen Regelung

Der Regelkreis

Ein Regelkreis dient dazu, eine vorgegebene physikalische Größe (Regelgröße x) auf einen gewünschten Wert (Sollwert bzw. Führungsgröße w) zu bringen und dort zu halten (unabhängig von auftretenden Störungen).

Wirkungsweise eines Regelkreises

Ein Regelkreis führt die folgenden Teilaufgaben fortlaufend aus: Messen, Vergleichen, Stellen.

Um die Regelungsaufgabe (x = w) zu erfüllen, muss der Augenblickswert der Regelgröße - der Istwert - gemessen, mit dem Sollwert verglichen und bei auftretenden Abweichungen in geeigneter Art und Weise nachgestellt werden. Der Istwert der Regelgröße wird durch eine Messeinrichtung gemessen. Anschließend wird die Differenz zwischen Ist- und Sollwert ermittelt. Sie wird als Regelabweichung (e; e = w - x) bezeichnet und bildet die eigentliche Eingangsgröße des Reglers. Dieser berechnet auf Grundlage seiner Übertragungsfunktion eine Steuergröße (u), die direkt das eigentliche Stellglied (Heizung, Ventil etc.) antreiben könnte. Häufig reicht jedoch die Leistung der Steuergröße (u) nicht aus, um das Stellglied direkt zu betätigen. Dann wird ein Leistungsverstärker zwischengeschaltet (Stelleinrichtung). Das Ausgangssignal der Stelleinrichtung ist die Stellgröße (y).

Abb.1
Regelkreis

Der Regler verändert die Steuer- und damit die Stellgröße so, dass der auftretenden Abweichung entgegengewirkt wird. Die Stellgröße kann eine beliebige physikalische Größe sein. Sie muss jedoch die Bedingung erfüllen, dass eine Änderung der Stellgröße eine Änderung der Regelgröße nach sich zieht.

Ein Regelvorgang wird entweder durch Änderung der Sollgröße oder durch Auftreten einer Störung ausgelöst. Eine Störung kann z.B. eine plötzliche Änderung der Umgebungstemperatur sein. Die Größe, die die Störung verursacht, wird als Störgröße (z) bezeichnet. Jede Änderung der Störgröße bewirkt eine Änderung des Istwertes der Regelgröße. Würde sich die Störgröße nicht ändern und wäre keine Änderung des Sollwertes erwünscht, so würde ein einmal in den Sollzustand gebrachtes System in diesem Zustand verharren. Es wäre keine weitere Änderung notwendig.

Abb.2
Beispiel eines Regelkreises

Ein typisches Beispiel für einen Regelkreis ist eine Temperaturregelung, wie sie in der Haustechnik oder bei technischen Temperaturregelungen eingesetzt wird.

Hauptbestandteile eines Regelkreises

Abb.3
Vereinfachtes Blockschaltbild eines Regelkreises

Ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Regelkreises, wie es oft in der Regelungstechnik verwendet wird, ist in der nebenstehenden Abbildung dargestellt. Ein Regelkreis besteht entsprechend der Abbildung aus den Hauptteilen Regelstrecke und Regler.

Regelstrecke: Ist der Teil der Anlage, der vom Regler beeinflusst wird. Die Regelstrecke beginnt am Stellort (die Stelle, an der das Stellglied in die Wirkungskette einwirkt) und endet am Messort (die Stelle, an der die Regelgröße gemessen wird). Das Stellglied zählt zur Regelstrecke.

Regler: Ein Regler verändert das zeitliche Verhalten der Regelabweichung e(t) in geeigneter Weise derart, dass der Regelkreis insgesamt das geforderte Verhalten zeigt. Der Regler beginnt am Messort und endet am Stellort. Damit gehören die Vergleichsstelle sowie der Antrieb des Stellgliedes (Stelleinrichtung/Stellantrieb) ebenfalls zum Regler.

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