Steuerungs- und Regelungssysteme: Ziele, Funktionen & Feedback

Ziele von Steuerungssystemen

Steuerungssysteme müssen die folgenden Ziele erreichen:

1. Stabil und robust gegenüber Störungen und Modellfehlern.
2. Effizient sein und zuvor festgelegte Kriterien erfüllen, um abruptes und unrealistisches Verhalten zu vermeiden.

Benötigt für die Überwachung von Prozessen:

Einschränkungen der Visualisierung von Mess- und Steuerungssystemen.

Control vs Monitoring

• Control-Software
• Closed-Loop-Kontrolle
• Sammeln, Speichern und Anzeigen von Informationen
• Data Mining

Open-Loop-Steuerung

Open-Loop-Steuerung verfügt über:

• Ein einfaches und leicht verständliches Konzept.
• Es gibt keine Maßnahmen, die seine Stabilität bei einer Störung sichern.
• Der Ausgang wird nicht mit dem Eingang verglichen.
• Ist von Störungen betroffen; diese können materiell oder immateriell sein.
• Die Genauigkeit hängt von der vorhergehenden Kalibrierung des Systems ab.

Closed-Loop-Steuerung

Die Closed-Loop-Steuerung ist erforderlich, wenn einer der folgenden Umstände vorliegt:

• Wenn ein Prozess nicht durch den Menschen geregelt werden kann.
• Eine groß angelegte Produktion erfordert große Anlagen und der Mensch ist nicht in der Lage, sie manuell zu regeln.
• Die Überwachung eines Prozesses ist besonders anspruchsvoll und erfordert Aufmerksamkeit, die leicht durch Erschöpfung oder Vergesslichkeit verloren gehen kann, mit daraus resultierenden Risiken für den Arbeitnehmer und den Prozess.

Seine Merkmale sind:

• Komplexität, oft verbunden mit einer großen Anzahl von Parametern.
• Der Ausgang wird mit dem Eingang verglichen und beeinflusst die Regelung des Systems.
• Es besitzt Feedback.
• Stärker stabil gegenüber Störungen und internen Variationen.

Merkmale eines Regelungssystems

1. Signaleingang (Aktuell): Ein Reiz, der dem System von einer externen Quelle zugeführt wird, damit das System eine spezifische Reaktion erzeugt.
2. Signalausgang (Aktuell): Die vom System erhaltene Reaktion, die sich auf die Eingabe beziehen kann oder nicht.
3. Stellgröße: Das Element, dessen Wert verändert wird, um die gewünschte Reaktion zu erzielen. Es manipuliert den Prozessinput.
4. Regelgröße: Das zu kontrollierende Element; man kann sagen, es ist der Ausgang des Prozesses.
5. Umwandlung: Durch Sensoren bzw. Rezeptoren werden Variationen oder Änderungen in den Variablen erfasst und umgewandelt.
6. Weitere Änderungen: Faktoren, die die Wirkung beeinflussen und Veränderungen in geordneter Weise bewirken können.
7. Netzteil: Es liefert die erforderliche Energie, um jede Art von Aktivität innerhalb des Systems zu erzeugen.
8. Feedback: Feedback ist ein wichtiges Merkmal von Systemen mit geschlossenem Regelkreis. Es stellt eine fortlaufende Beziehung zwischen Ursachen und Wirkungen der Zustandsvariablen dar. Abhängig von den vom System ergriffenen Korrekturmaßnahmen kann es eine Entscheidung unterstützen oder abschwächen. Wenn die Rückkopplung die ursprüngliche Entscheidung verstärkt, spricht man von positiver Rückkopplung; wirkt sie entgegen, handelt es sich um negative Rückkopplung.
9. Phasenvariablen: Dies sind die Variablen, die durch die Umformung des ursprünglichen Systems in die kanonische steuerbare Form entstehen. Daraus ergibt sich die Steuerbarkeitsmatrix, deren Rang vollständig sein sollte, um das System zu steuern.