Regelkreise sind Instrumente aus der Ingenieurtechnik, also der Mess- und Regeltechnik. Auch in der Biologie finden sich Abläufe, die von übergeordneten Zentren gesteuert werden und dann einen Vorgang klar gliedern und Einzelabläufe in diesem Vorgang regeln. So wurde der kybernetische Regelkreis in die Biologie übernommen.
Hier eine Definition der technischen Begriffe.
Regeltechnische Begriffe
Jeder dieser Begriffe unterliegt einer Definition, die die Anwendung in der Biologie möglich macht.
Begriff aus der Regeltechnik | Definition zur Anwendung in der Biologie |
| Regelgröße | Größe, die auf einem konstanten Wert gehalten werden muss. |
| Regelstrecke | Raum, in dem diese Größe konstant gehalten werden muss. |
| Führungsglied | übergeordnetes Zentrum -> gibt den Sollwert vor! |
| Sollwert | Vorgegebener Wert, der in bestimmten Parametern konstant zu halten ist. |
| Messglied | Ermittelt Istzustand, gibt diesen als Istwert an das Regelglied weiter. |
| Istwert | Tatsächlich gemessener Wert, wurde vom Messglied ermittelt. |
| Regelglied | Zentrum (untergeordnet) das den ermittelten Istwert mit dem Sollwert vergleicht. |
| Stellglied | korrigierender Einfluss des Regelsystems auf die Regelgröße |
| Stellgröße | Information über die auszulösende Tätigkeit des Stellgliedes |
| Störgröße | Einfluss von außen, das den Istwert beeinflusst. |
Auf den folgenden Seiten nun Beispiel aus der Biologie.
Obwohl wir bereits den Begriff Regelung größtenteils definiert haben, werden wir nochmals eine Definition der Regelung selbst und der zugehörigen Größen vornehmen.
Den Beginn macht die Definition Regelung nach DIN 19226 Teil 1:
Definition Regelung nach DIN 19226 Teil 1
Methode
Hier klicken zum AusklappenDas Regeln/die Regelung ist ein Vorgang bei dem eine Größe, die zu regelnde Größe (Regelgröße), fortlaufend erfasst, mit einer anderen Größe, der Führungsgröße verglichen und im Sinne einer Angleichung an die Führungsgröße beeinflusst wird. Kennzeichen für das Regeln ist der geschlossene Wirkungsablauf, bei dem die Regelgröße im Wirkungsweg des Regelkreises fortlaufend sich selbst beeinflusst.
Grundgrößen der Regelungstechnik
Regelgröße $ x $
Stellgröße $ y $
Störgröße $ z $
Bei mehreren Störgrößen $ z_1, z_2, z_3, z_4,... $
Aufgabengröße $ x_A $
Führungsgröße $ w $
Regeldifferenz $ e = w - x $
Rückführungsgröße $ r $
Die genannten Größen siehst Du erneut in der nächsten Abbildung im
Regelkreis nach DIN 19226 Teil 4
Blockschema einer Regelung nach DIN 19226 Teil 4
Neben den festgelegten Grundgrößen ist auch die Benennung innerhalb des Regelkreis bei der Regelungstechnik festgelegt.
Zum besseren Verständnis beziehen wir uns bei der Beschreibung auf unser Beispiel Regelung des Füllstandes, aus dem Kurstext Regelung:
- Die Strecke, die bei einer Regelung als Regelstrecke bezeichnet wird, umfasst Behälter- und Leistungseigenschaften.
- Das Stellglied ist der Zuflussschieber mit der Stellgröße $ y = s_{Zu} $ [Zuflussschieberstellung].
- Die Aufgabengröße $ x_A $ [Füllstand] wird als Regelgröße $ x $ bezeichnet, sofern sie kontinuierlich im Regelkreis gemessen wird.
- Die Messeinrichtung entspricht dem im Beispiel genannten Schwimmer.
- Die Rückführungsgröße $ r $ ist der gemessene Füllstand $ h_M $.
- Der Regler enthält das Vergleichsglied und das Regelglied.
- Ist eine zusätzliche Hilfsenergie im Regelkreis erforderlich, so kommt der Block Steller, Stellantrieb hinzu. In unserem Beispiel ist das nicht der Fall, weshalb dieser fehlt.
- Wird Hilfsenergie benötigt, so setzt sich die Stelleinrichtung aus dem Steller, Stellantrieb und dem Stellglied zusammen.
Elemente des Regelkreises
Regler: Vergleichsglied und Regelglied
Stelleinrichtung: Steller, Stellantrieb, Stellglied
Regeleinrichtung: Regler sowie Stelleinrichtung ohne Stellglied
Standard-Regelkreis
Der Standard-Regelkreis nach DIN 19226 besteht aus dem Regler und der Regelstrecke. Dabei sind in dem Block Regelstrecke alle Stell- und Messeinrichtungen inkludiert. Das gesuchte Regelglied stellt der Regler dar und die Ausgangsgröße des Reglers wird als Stellgröße y bezeichnet. Zudem wird die Rückführungsgröße $ r $ als Regelgröße $ x $ angenommen, weshalb sich eine Regeldifferenz = Führungsgröße - Regelgröße $ e = w - x $ ergibt. Letztere Annahme entspricht einer fehlerfreien Messung.
Konstanz der Führungsgröße
Die Führungsgröße $ w $ gibt der Regelgröße $ x $ ein bestimmtes, zeitliches Verhalten vor. Die Konstanz dieses zeitlichen Verhaltens kann dabei sehr unterschiedlich sein. Man unterscheidet daher:
Folgeregelungen: Hier ist die Führungsgröße $ w $ laufend veränderlich. Beispiel: Servolenkung eines PKW.
Festwertregelung: Hier ist die Führungsgröße $ w $ dauerhaft oder über längere Zeit konstant. Beispiel: Temperaturregelung im PKW mit automatischer Klimaanlage.
Zeitplanregelung: Hier werden zeitliche Änderungen der Führungsgröße $ w $ vorab geplant. Beispiel: Temperaturphasen beim Vergüten von Stahl.