Steuerung oder Regelung

In welchen Fällen sollten wir eine Steuerung einsetzen? Und wann eine Regelung? Es gibt ein paar Kriterien, anhand derer diese Entscheidung gefällt werden kann:

Verfügbarkeit der Regelgröße: Wenn die Regelgröße gemessen werden kann, nutzen wir i. A. eine Regelung.

Akzeptanz von Abweichungen: In Systemen, bei denen akzeptiert wird, dass die Regelgröße nicht exakt dem Sollwert entspricht, können wir eine Steuerung einsetzen. Es ist dann nicht so schlimm, wenn eine Störung eine Regelabweichung hervorruft. Wenn die Uhr 10 Sekunden falsch geht ist das sozial akzeptiert. Wenn sie zu stark falsch geht, muss der Nutzer kurz an einem Rad drehen und anschließend geht sie wieder für lange Zeit richtig. Der Aufwand dafür ist gering.

Wenn Sie einen Tempomaten auf 80 km/h einstellen und das Auto dann 95 km/h schnell fährt, dann finden Sie das wahrscheinlich nicht so lustig.

Komplexität Ist die Komplexität des Systems hoch, werden oft Regler eingesetzt. Insbesondere dann, wenn die Berechnung für die Ansteuerung des Aktors aufgrund gemessener Störungen komplex ist.

Intensität der Störungen: Nur Systeme mit wenigen schwachen Störungen, die sich nur wenig ändern, können mit rein gesteuerten Systemen gut beherrscht werden.

Beispiel: gesteuert oder geregelt

Den Unterschied zwischen Regelung und Steuerung eines Systems zeige ich am Beispiel eines Bogenschützens. Der Schütze möchte einen Pfeil mittig in ein Ziel schießen. Die Regelgröße ist in dem Fall der Auftreffpunkt des Pfeils. Der Sollwert lautet: Triff mittig. Störgrößen sind Wind und Entfernung. Das System ist der Bogen mit dem Menschen, der den Pfeil abschießt. Der Aktor ist ebenfalls der Bogen. Aktor und System sind schlecht zu trennen, das ist für die Systembeschreibung aber kein Problem.

In einem gesteuerten System berechnet der Schütze die beiden Abschusswinkel (links-rechts und oben-unten) anhand von Entfernung und Wind. Es misst beide Störgrößen. Ändert sich der Wind, muss er die Berechnung ständig aktualisieren. Wenn er geschossen hat, schaut er nicht auf das Ergebnis. Er misst nämlich nur die Störgrößen, nicht die Regelgröße. Er schießt blind. Das ist typisch für eine Steuerung. Er schießt nur einmal und ist sich sicher zu treffen.

In einem geregelten System schießt der Schütze zunächst irgendwie auf das Ziel. Er misst die Regelgröße, also betrachtet er den Auftreffpunkt des Pfeils. Er bestimmt die Regelabweichung zwischen „mittig“ und Auftreffpunkt und justiert die Abschusswinkel anhand dieser Information nach. Er schießt so lange, bis er nach einigen Versuchen mittig trifft. Dabei ist es egal, ob Wind oder Entfernung die Flugbahn beeinflusst haben. Ändert sich der Wind, bekommt der Schütze das nicht direkt mit, denn er misst keine Störgrößen. Er merkt nur, dass er aus irgendeinem Grund nach links danebengeschossen hat, und er zielt beim nächsten Pfeil etwas weiter nach rechts.

Erfahrungsgemäß trifft der Schütze beim gesteuerten Ansatz nicht. Wenn ein anderer Bogen verwendet wird oder der Schütze ausgetauscht wird, muss alles neu berechnet werden. Im geregelten Ansatz ist sichergestellt, dass der Schütze nach ein paar Pfeilen treffen wird. Egal was passiert. Die Regelung ist erneut der Steuerung überlegen. Das ist in der Praxis in sehr vielen Fällen so.

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