Regelungstechnik: Regelkreis, Regler und Regelstrecke

Im Regelkreis misst ein Fühler die Regelgröße $x$, zum Beispiel die Raumtemperatur. Der Regler vergleicht sie mit der Führungsgröße $w$, dem Sollwert. Aus der Regeldifferenz $e=w-x$ bildet er die Stellgröße $y$, die über das Stellglied, etwa ein Ventil, auf die Regelstrecke wirkt. Eine Störgröße $z$, zum Beispiel ein geöffnetes Fenster, verändert die Regelgröße von außen.

Der P-Regler verstellt die Stellgröße proportional zur Regeldifferenz. Er reagiert schnell, lässt aber eine bleibende Regelabweichung. Der I-Regler summiert die Regeldifferenz über die Zeit und regelt sie vollständig aus, ist aber langsamer. Der D-Anteil reagiert auf die Änderungsgeschwindigkeit der Regeldifferenz und wird nie allein eingesetzt. In der Praxis sind PI- und PID-Regler üblich.

Der Zweipunktregler kennt nur Ein und Aus, etwa ein Thermostat. Seine Hysterese, der Abstand zwischen Ein- und Ausschaltpunkt, verhindert zu häufiges Schalten. Die Temperatur pendelt dafür in einem kleinen Band.

Viele Strecken verhalten sich wie ein Verzögerungsglied 1. Ordnung (PT1). Nach einem Sprung der Stellgröße steigt die Regelgröße nach einer e-Funktion an: Nach der Zeitkonstante $T$ sind rund 63 % des Endwerts erreicht, nach $5T$ praktisch 100 %.