Regelung und Steuerung – Technik und Biologie

Lebewesen sind offene Systeme. Es fliesst ständig Energie und Materie durch sie hindurch. Trotzdem bleiben sie ständig eine Einheit, solange sie leben. Das wird durch Regelung und Steuerung erzielt.

Regelung und Steuerung in der Technik

Anschaulich kann Regelung und Steuerung am Beispiel einer Heizung erklärt werden.

Der Regelkreis besteht aus einer Regelstrecke, in unserem Beispiel der Heizkörper. Auf ihn wirkt die kalte Luft und kühlt damit das Wasser im Heizkörper ab. Die kalte Luft wirkt also als Störgrösse, die auf die Regelgrösse, hier die Zimmertemperatur, wirkt. Ein Messfühler (Thermometer) misst den Ist-Wert und gibt diesen an den Regler weiter. Der vergleicht den Ist-Wert mit dem Soll-Wert. Ist der Temperaturunterschied zu gross, gibt die Stellgrösse ein Signal an das Stellglied, das die Regelstrecke beeinflusst.

regelkreis heizung

Kurz gesagt: Wenn es kühler wird im Zimmer, wird es gemessen und mit der gewünschten Zimmer-Temperatur verglichen. Wenn es dann nötig ist, schaltet sich die Heizung wieder ein und wärmt das Zimmer.

Elemente des Regelkreises

  • Störgrösse beeinflusst die Regelstrecke. Bei der Heizung ist es die kalte Luft, welche den Heizkörper abkühlt.
  • Regelgrösse, hier die Zimmertemperatur, welche einen bestimmten Wert (Ist-Wert) hat.
  • Messfühler, hier ein Thermometer, bestimmt den Ist-Wert der Zimmertemperatur (Regelgrösse).
  • Ist-Wert, der vom Messfühler (Thermometer) gemessene Wert
  • Soll-Wert, der gewünschte Wert der Raumtemperatur
  • Regler: vergleicht den Ist- mit dem Soll-Wert
  • Führungsgrösse: die von uns gewünschte Grösse (Temperatur im Zimmer)
  • Stellgrösse zur Korrektur
  • Stellglied: Verändert die Regelstrecke, z.B. erhöht die Wassertemperatur im Heizkörper.

Was ist der Unterschied zwischen Regeln und Steuern

  • Beim Steuern wird mit Hilfe einer Stellgrösse eine Maschine oder Anlage beeinflusst (ohne dass die Steuergrösse auf die Stellgrösse zurückwirkt).
  • Regeln ist ein Vorgang, bei dem der Ist-Wert einer Grösse gemessen und durch Nachstellen dem Soll-Wert angeglichen wird.

Beispiele für Steuerungen

  • Gasherd
  • Mikrowelle
  • manuelle Klimaanlage (Auto)
  • Dimmer zur Beleuchtung
  • Strassenbeleuchtung: Evtl. eingeschaltet bei Unterschreiten einer Helligkeitsgrenze
  • Ampel: Evtl. verkehrsflussgesteuert durch Fahrzeugmessung mittels Induktionsschleifen.

Beispiele für Regelungen

  • Kühlschrank: regelt zum Beispiel auf vorgegebene 4°C
  • Backofen: regelt die Temperatur auf vorgegebene Backtemperatur
  • moderne Hausheizung mit Temperatursensor (vorgegebene Zimmertemperatur).
  • das „Steuern“ eines Autos ist auch eine (vom Menschen durchgeführte) Regelung)

Regelung und Steuerung in der Biologie

Im Körper steuern Hormone und das Nervensystem die Regel-Prozesse. Ziel ist es: ein Gleichgewicht zu erhalten. Immer wieder wird dieses Gleichgewicht gestört. Daher muss es wieder korrigiert werden.

Beispiel Wasserhaushalt

Wir trinken einen halben Liter Wasser. Um das Gleichgewicht wieder herzustellen, muss dieses Wasser wieder ausgeschieden werden.

Beispiel Blutzucker

Wir essen eine Tafel Schokolade. Der Zucker erhöht den Blutzuckerspiegel gefährlich. Er muss wieder aus dem Blut geschafft werden.

Beispiel Körpertemperatur bei Mensch und Säugetier

Körpertemperatur von Säugetieren muss konstant gehalten werden.