Regelkreis

 

(= R.) [engl. regulatory circuit], [KOG, PHI], bis zum ersten Drittel des 20. Jhd. galt die Kategorie von Ursache und Wirkung (Kausalität) als einziges meth. Prinzip, das eine theoret. Welterkenntnis in Gesetzesaussagen erlaubt. Resultate der Biologie zu Homöostase und Ultrastabilität, der Frage also, wie es Organismen gelingt, physikal. labile (Körpergleichgewicht) oder Störungen unterliegende indifferente (Körpertemperatur) Systeme zu stabilisieren, führten zum R. als Denkmodell (Denken), in dem eine Wirkung als Ursache auf ihre eigene Ursache zurückgelenkt wird. Dieses Prinzip wird Rückkopplung [engl. feedback] genannt. In der Technik entstanden vergleichbare Probleme bei der Verlagerung der Kontrolle physikalischer Zustände oder Prozesse vom Menschen auf Maschinen. Älteste Bsp. für R. sind hier der Fliehkraftregler der Dampfmaschinen im 18. Jhd. und der Thermostat.

Von einem R. kann überall da gesprochen werden, wo an einem Geschehen folg. Aspekte unterscheidbar sind: (1) Regelgröße, eine Variable, deren Wert (auch Istwert genannt) bei Störungen (Störgröße) möglichst wenig von einem Sollwert, der auch zeitlich variieren kann, abweicht. (2) Regelstrecke, ein System, das die Regelgröße als Ausgangsvariable (output) in Abhängigkeit von einer oder mehreren Eingangsvariablen (input) erzeugt. (3) Sollwert-Istwert-Vergleicher, ein System, das Sollwert und Regelgröße als Eingangsvariablen, ggf. über Messfühler, zugeführt erhält und als Ausgang eine Information über die Differenz liefert. (4) Regler, ein System, das aus der Differenzinformation des Vergleichers ein Signal erzeugt, das die Regelgröße in der Regelstrecke steuert. Von R. spricht man, weil der geschlossene Informationsfluss von der Regelgröße über Vergleicher, Regler, Regelstrecke auf sich selbst topologisch Kreisstruktur hat. Die math. Beschreibung des Zeitverhaltens von R. führt in vielen einfachen Fällen auf Differenzialgleichungen zweiter Ordnung, meist jedoch auf kompliziertere und nur näherungsweise auswertbare Terme. Ihre Lösungen sind exponentiell gedämpfte Sinusschwingungen. Ein wichtiges Klassifikationsschema unterscheidet zw. Proportional-(P-)-, Integral-(I-)- und Differenzial-(D-)Regelung. Kombinationen dieser Eigenschaften lassen sich durch Buchstabenkombinationen ausdrücken (z. B. PID-Regelung). Eine P-Regelung liefert bei Sollwertabweichung der Regelgröße eine Rückstelltendenz als Funktion der Sollwertabweichung. Bei der I-Regelung ist die Rückstellgeschwindigkeit eine Funktion der Sollwertabweichung, der Rückstellprozess integriert also die Sollwertabweichung über die Zeit, und bei der D-Regelung ist die Rückstelltendenz eine Funktion des Differenzialquotienten der Sollwertabweichung nach der Zeit. Im Allg. spricht man von R. nur bei neg. Rückkopplung, bei der eine Sollwertabweichung eine Gegensteuerung der Regelstrecke auslöst. Positive Rückkopplung führt bei Sollwertabweichungen zu einer Tendenz zu deren Vergrößerung, ein für psych. Prozesse, z. B. Circulus vitiosus (Teufelskreis), brauchbares Modell. Auch bei neg. Rückkoppelung kann die Wiederherstellung des Sollwertes nach einer Störung unmöglich sein: Wenn der Verstärkungsfaktor des Regelkreises bezogen auf die übrigen Kenngrößen (z. B. Zeitkonstanten) zu groß ist, wird der R. instabil und beginnt zu schwingen. D-Komponenten erhöhen, I-Komponenten vermindern die Stabilität von Regelkreisen. Die Binnenstruktur der Elemente des R. kann wiederum R. enthalten, die Regelgröße eines R. kann den Sollwert eines anderen R. bilden. Bei komplexem Zusammenwirken mehrerer R. spricht man von vermaschten R. In der Auge-Hand-Koordination ist z. B. die Positionierung der Hand Regelgröße im R. Auge-Hand, Sollwert im R. Muskelfaser-ZNS.

Strukturen, die auf das Modell R. abgebildet werden können, sind in der Ps. häufig. Das Modell ist jedoch nur da fruchtbar anzuwenden, wo die Variablen und Prozesse, die den Elementen des Modells zugeordnet werden, hinreichend identifizierbar und metrisierbar sind. Solange diese Präzisierungen nicht vorliegen, bleibt das Sprechen vom R. metaphorisch und analogisierend. Kybernetik, kybernetische Feedbackschleifenmodelle, PDCA-Zyklus.

Verwendete Literatur

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