Überschwingen

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Überschwingen bedeutet in der Elektrotechnik, Signalverarbeitung und Regelungstechnik, dass nach einer sprunghaften Änderung einer Eingangsgröße eine Ausgangsgröße den erwünschten Wert nicht direkt erreicht, sondern über das Ziel hinausschießt und sich erst danach auf den erwünschten Wert einstellt. (Die Änderung einer Ausgangsgröße bei sprunghafter Änderung einer Eingangsgröße wird auch als Sprungantwort bezeichnet).

Bei Regelkreisen kann ein Überschwingen auftreten, wenn der Sollwert verändert wird. Am Beispiel eines Thermostaten einer Raumheizung wäre das der Fall, wenn jemand die gewünschte Temperatur am Thermostaten von 20 °C auf 25 °C verstellt, und die Heizleistung dadurch so stark erhöht wird, dass kurz eine Temperatur von 27 °C erreicht wird; danach sinkt die Temperatur und bleibt erst später auf dem gewünschten Wert von 25 °C. Überschwingen kann auch auftreten, wenn eine Störgröße plötzlich verändert wird; bei einer Heizungsregelung wäre das beispielsweise, wenn ein Fenster geöffnet wird und offen bleibt. Starkes Überschwingen deutet auf geringe Stabilität des Regelkreises hin.

In der Elektrotechnik und Signalverarbeitung ist das Überschwingen ein wichtiges Charakteristikum jeder Übertragungsfunktion und somit von Verstärkern, Filtern und anderen Einrichtungen zur Verarbeitung und Übertragung von Signalen. Das Überschwingen wird in der Praxis mit Rechtecksignalen gemessen. Überschwingen tritt auf, wenn höhere Frequenzen stärker als niedrige verstärkt werden, insbesondere auch bei Resonanzen im Frequenzgang.

Das Überschwingen wird meist in Prozent der gewünschten Änderung angegeben; im Beispiel des Thermostaten von oben ist das Überschwingen

.

Eine weitere wichtige Größe ist die Einschwingzeit, das ist die Zeit, ab der sich die Ausgangsgröße innerhalb einer bestimmten Genauigkeit eingestellt hat. In der Regelungstechnik wird dafür meist Beruhigungszeit angegeben, also die Zeit, nach der die Ausgangsgröße innerhalb eines Bereichs von ±5% der Sprunghöhe um den endgültig erreichten Wert bleibt. Im Beispiel oben bleibt die Raumtemperatur ab diesem Zeitpunkt zwischen 25-5·0,05 und 25+5·0,05 °C, also zwischen 24,75 und 25,25 °C.

[Bearbeiten] Literatur

• Lutz & Wendt: Taschenbuch der Regelungstechnik, Verlag Harry Deutsch, ISBN 3-8171-1629-2, Ausgabe 2005, ISBN 3-8171-1749-3
• Otto Föllinger: Regelungstechnik, Hüthig Verlag, ISBN 3-778-52336-8
• Kurt Reinschke: Lineare Steuerungs- und Regelungstheorie (2005), Springer Verlag, Dresden, ISBN 3-540-21886-6
• Wilhelm Haager: Regelungstechnik, öbv&hpt, Wien, ISBN 3-209-01903-7
• Josef Uphaus: Regelungstechnik, Bildungsverlag Eins, ISBN 3-427-44510-0
• Martin Horn, Nicolaos Dourdoumas: Regelungstechnik, Pearson, ISBN 3-8273-7059-0
• Gerd Schulz: Regelungstechnik (2002), Oldenbourg Verlag, ISBN 3-486-25858-3