Regelungstheorie - Definition
Regelungstheorie - Definition
Die Regelungstheorie ist ein Bereich der Wissenschaft und Technik, der sich mit der Analyse, der Modellierung und dem Entwurf dynamischer Systeme befasst, deren Ziel es ist, die Leistung durch entsprechend gewählte Steuerungsmaßnahmen automatisch zu regulieren. Grundlage dieser Theorie ist die mathematische Beschreibung der Beziehungen zwischen Eingangssignalen, internen Zuständen und Ausgangssignalen eines Systems, wobei der Einfluss von Störungen und Modellunsicherheiten berücksichtigt wird. Die Regelungstheorie findet in vielen Bereichen Anwendung, z. B. in der Automatik, der Industrierobotik , der Luft- und Raumfahrt, der Energietechnik, der Biotechnologie oder den Informationssystemen.
Das primäre Ziel eines Steuerungssystems ist es, das gewünschte Verhalten eines Objekts zu erreichen - die Leistung auf einem bestimmten Niveau zu halten, einer festgelegten Bahn zu folgen oder den Fehler als Reaktion auf sich ändernde Umweltbedingungen zu minimieren. Zu diesem Zweck werden verschiedene Regelungsstrategien angewandt, z. B. die offene Regelung (ohne Rückkopplung ) und die geschlossene Regelung (mit Rückkopplungsschleife), wobei letztere aufgrund ihrer größeren Robustheit gegenüber Störungen und Modellunsicherheiten der dominierende Ansatz ist.
Die Regelungstheorie basiert auf formalen mathematischen Methoden, einschließlich Differentialgleichungstheorie, linearer Algebra, komplexer Analyse, Matrixrechnung und Theorie dynamischer Systeme. Schlüsselkonzepte sind Stabilität, Steuerbarkeit, Beobachtbarkeit, Zeit- und Frequenzverhalten sowie transiente und stationäre Eigenschaften. Je nach Art des Systems wird zwischen linearer und nichtlinearer, kontinuierlicher und diskreter, deterministischer und stochastischer Steuerung unterschieden.
Die moderne Regelungstheorie umfasst auch fortgeschrittene Konzepte wie die optimale Regelung, die adaptive Regelung, die Fuzzy-Regelung, die robuste Regelung oder die prädiktive Regelung (MPC), die eine bessere Anpassung der Algorithmen an komplexe, mehrdimensionale und zeitlich veränderliche Systeme ermöglichen. Der Entwurf von Regelungssystemen erfordert sowohl die Kenntnis der Objekteigenschaften als auch die Fähigkeit, geeignete Regler, Filter und Entscheidungsstrukturen auszuwählen und zu implementieren.
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