20.5 :  Rückkopplungssysteme

Rückkopplungssysteme werden basierend auf ihrer Bauweise, ihrer Analyse und ihren Signaltypen auf verschiedene Weise kategorisiert.

Lineare Rückkopplungssysteme sind theoretische Modelle, die Analyse und Design vereinfachen. Diese Systeme arbeiten nach dem Prinzip, dass ihre Ausgabe innerhalb bestimmter Bereiche direkt proportional zu ihrer Eingabe ist. Beispielsweise verhält sich ein Verstärker in einem Steuerungssystem linear, solange das Eingangssignal innerhalb eines bestimmten Bereichs bleibt. Die meisten physikalischen Systeme weisen jedoch aufgrund von Faktoren wie Sättigung oder Reibung eine inhärente Nichtlinearität auf. Nichtlinearitäten können absichtlich eingebaut werden, um die Leistung zu verbessern; ein bemerkenswertes Beispiel ist der Ein-Aus-Regler in Raketensystemen, der Nichtlinearität nutzt, um schnelle Reaktionszeiten und verbesserte Präzision zu erreichen.

Zeitinvariante Systeme behalten im Laufe der Zeit konstante Parameter bei und gewährleisten so eine gleichbleibende Leistung. Ein Beispiel ist ein Motorsteuerungssystem, bei dem der Wicklungswiderstand während des Betriebs unverändert bleibt. Im Gegensatz dazu haben zeitvariable Systeme Parameter, die sich im Laufe der Zeit ändern und sich an unterschiedliche Betriebsbedingungen anpassen. Ein Beispiel hierfür ist ein Lenkwaffensystem, da die Masse der Rakete aufgrund des Treibstoffverbrauchs während des Flugs abnimmt, was eine kontinuierliche Anpassung der Steuerungsparameter erforderlich macht.

Kontinuierliche Datenrückkopplungssysteme verwenden Signale, die Funktionen kontinuierlicher Zeit sind. Diese Systeme können weiter in Gleich- und Wechselstromsysteme unterteilt werden. Gleichstromsysteme verwenden unmodulierte Signale, während Wechselstromsysteme modulierte Signale verwenden, um die Auswirkungen von Rauschen und Störungen zu reduzieren. Diskrete Datensteuerungssysteme verwenden dagegen Signale in Form von Impulsfolgen oder digitalen Codes. Diese Systeme sind besonders in lauten Umgebungen von Vorteil, da digitale Signale weniger störanfällig sind.

Jede Klassifizierung von Rückkopplungssystemen bietet eindeutige Vorteile und ist für bestimmte Anwendungen geeignet. Das Verständnis dieser Kategorien hilft Ingenieuren dabei, effektive Steuerungsstrategien zu entwerfen und umzusetzen und so optimale Leistung und Zuverlässigkeit in verschiedenen Technologiebereichen sicherzustellen.