Regelung

 

Schwieriger wird es bei der Regelung eines dynamischen Systems. Hierfür wird zuerst der Begriff der Regelung näher erläutert.

Definition der Regelung:

Bei der Regelung geht es darum, in einem dynamischen System, siehe Abbildung , eine bestimmte zeitveränderliche Größe, die Ausgangsgröße, auf einen fest vorgegebenen Wert, die Führungsgröße, zu bringen. Hierfür steht die beliebig veränderbare Stellgröße zur Verfügung, die die Ausgangsgröße stark beeinflußt. Oft kommt noch eine unerwünschte Größe mit unerwarteten Änderungen hinzu, die die Ausgangsgröße vom erwünschten Verhalten abbringt, die sogenannte Störgröße.

  
Abbildung: Blockbild eines dynamischen Systems

Um nun die Regelgröße an den gewünschten Verlauf anzupassen, ist die ständige Beobachtung der Strecke nötig. Die daraus gewonnenen Informationen werden dazu benutzt, die neue Stellgröße zu ermitteln, die die Störgröße ausgleichen soll. Eine Anordnung, die das leistet, siehe Abbildung , heißt Regelung.

  
Abbildung: Blockbild einer Regelung

Um die Stellgröße ermitteln zu können, wird also ständig die Regelgröße beziehungsweise die Ausgangsgröße zurückgeführt. Im Gegensatz dazu wird bei einer Steuerung nur gemeldet, ob nach der Reaktion auf die Aktion der Steuerung bestimmte Bedingungen erfüllt sind oder nicht. An einen Regler gibt es Forderungen, die, wenn sie erfüllt sind, für seine Brauchbarkeit garantieren.

Forderungen an einen Regler:

• Stabilität:
  Dies ist das wichtigste Kriterium, das ein Regler erfüllen muß. Die Regelgröße durchläuft normalerweise einen Einschwingvorgang, das heißt sie oszilliert um den Führungswert. Klingen die Oszillationen mit zunehmender Zeit ab, so ist die Regelung stabil. Bei Dauerschwingung oder zunehmender Schwingung bezeichnet man die Regelung als instabil und damit funktionsunfähig.
• Stationäre Genauigkeit:
  Eine ebenfalls unabdingbare Grundanforderung an einen Regler ist die Einhaltung einer hinreichenden stationären Genauigkeit. Dies bedeutet, daß die Differenz zwischen Rückführ- und Führungsgröße nach Beendigung des Einschwingvorgangs unter einer vorgegebenen Schranke liegen soll.
• Schnelligkeit und geringe Oszillationen:
  Diese beiden Forderungen stehen meist im Widerspruch, so daß man einen annehmbaren Kompromiß finden muß. Da der Führungswert in möglichst kurzer Zeit erreicht werden soll, muß die aufgeschaltete Stellgröße groß werden, was möglicherweise ein Überschwingen zur Folge hat.

  
Abbildung: Prinzip der Regelung: Aus dem Zustand x(t) des dynamischen Systems ermittelt der Regler die Stellgröße u(t)

Neuronale Netze sind für die Aufgabe der Regelung, siehe Abbildung , besonders geeignet, da sie die Fähigkeit besitzen, auch Abweichungen von der gelernten Systemdynamik gut ausgleichen zu können. Dies ist bei technischen Systemen oft der Fall, da hier leicht Abweichungen gegenüber den Bewegungsgleichungen auftreten. So kann man zum Beispiel die mechanischen Bewegungen einer lockeren Kette beim Anspannen nicht mit Formeln erfassen. Bekommt das Netz nun solche verfälschte Eingabeparameter, kann es diese gegebenenfalls ausgleichen und das System trotzdem regeln. Ein herkömmlicher Regler würde das nicht bewerkstelligen können, da er nach den Bewegungsgleichungen des Systems für sehr exakte Werte trainiert wurde und nur äußerst geringe Abweichungen davon kompensieren kann.