Regelungstechnik verbindet mathematische Modelle mit praktischen Implementierungen in der Automatisierung. In Kursen zu diesem Thema lernen Studierende, wie physikalische Systeme durch Modelle beschrieben, mit Sensorik und Messinstrumentation erfasst und über Steuer- und Regelschleifen stabilisiert werden. Die praktische Umsetzung umfasst Schaltungen auf PCB, Leistungselektronik, embedded Hardware und Programmierung von Mikrocontrollern sowie die Berücksichtigung von elektromagnetischen Effekten und Halbleiterverhalten.

Schaltungen und PCB-Design

In der Ausbildung spielen circuits und PCB-Design eine zentrale Rolle: Regelkreise benötigen analoge Vorverstärker, Filter und Schnittstellen, die auf Leiterplatten umgesetzt werden. Kenntnisse in analogem und digitalem Design helfen, Signalintegrität und Störfestigkeit zu sichern. Praktische Übungen behandeln Layout-Regeln, Entkopplung von power-Versorgungen und Schutzmaßnahmen gegen elektromagnetische Störungen. Solche Schaltungen sorgen dafür, dass Sensorwerte zuverlässig in das digitale System gelangen.

Leistung, Halbleiter und Elektromagnetik

Power-Management und semiconductors sind entscheidend, wenn Aktoren oder Leistungselektronik in Regelkreisen eingesetzt werden. Regelungskonzepte müssen die nichtlinearen Eigenschaften von Halbleitern berücksichtigen, etwa bei MOSFETs oder IGBTs in Antriebsanwendungen. Elektromagnetics beeinflussen sowohl die Sensorik als auch die Leistungselektronik; daher gehört Grundlagenwissen über EM-Felder und Abschirmung in viele Kurse, um Störungen zu minimieren und thermische Aspekte zu gestalten.

Embedded-Systeme und Mikrocontroller

Embedded-Systeme bilden oft das Herz der Implementierung: microcontrollers führen Regelalgorithmen in Echtzeit aus. Lerninhalte umfassen Echtzeitbetriebssysteme, Software-Architekturen, Interrupt-Handling und Implementierung digitaler Regelalgorithmen (z. B. PID, state-space). Der Übergang von theoretischen Modellen zu Code erfordert Mess- und Signalaufbereitung, ADC/DAC-Nutzung sowie optimierte Routinen für deterministische Reaktionszeiten in Automationsprojekten.

Signalverarbeitung und Messinstrumentation

Signalverarbeitung ist eng mit measurement und instrumentation verknüpft: Rohdaten von Sensoren müssen gefiltert, kalibriert und digitalisiert werden. Lehrmodule behandeln analoge Filter, digitale Filterdesigns, Quantisierungsfehler und Messunsicherheiten. Gute Instrumentierung umfasst die Auswahl passender Sensoren, Verstärker-Topologien und Messtechniken, um präzise Rückführungsgrößen für die Regelung zu gewinnen. Messdaten sind Grundlage für Modellvalidierung und Systemtuning.

Sensorik und analoge/digitale Schnittstellen

Sensoren liefern die Ist-Größen für die Regelung; ihre Auswahl hängt von Messbereich, Genauigkeit und Umgebungsbedingungen ab. In Kursen werden sensors und Schnittstellen (analog vs. digital) behandelt: Temperatursensoren, Encoders, Drucksensoren, Hall-Sensoren sowie I2C, SPI oder CAN-Bus. Die Integration erfordert Kenntnisse in Signalconditioning, Rauschunterdrückung und der Übersetzung analoger Messwerte zu robusten digitalen Signalen für die Regelung.

Regelung und Implementierung in der Automation

control steht im Zentrum: Von der Modellidentifikation über die Reglerauslegung bis zur Simulation und Implementierung in Automationsanlagen. Typische Schritte sind Modellbildung (physikalisch oder datenbasiert), Stabilitätsanalyse, Reglerentwurf und Implementierung auf embedded Plattformen. Besonderheiten der Automation beinhalten Mehrgrößenregelungen, zeitverzögerte Prozesse und die Koordination von sensorischer Rückkopplung mit Aktorsteuerung in komplexen Systemen.

Fazit

Kurse zur Regelungstechnik für die Automatisierung vermitteln ein Zusammenspiel aus Theorie und Praxis: Modellbildung, circuits- und PCB-Design, Leistungselektronik, Mess- und Instrumentierung, Sensorintegration, Signalverarbeitung und embedded Implementierung mit Mikrocontrollern. Studierende erwerben Fähigkeiten, um robuste Regelkreise in realen Automation-Umgebungen zu entwerfen und zu implementieren, wobei die Berücksichtigung elektromagnetischer Einflüsse und Halbleiterverhalten zu verlässlichen Systemen beiträgt.