Regelkreis

Als Regelkreis wird der in sich geschlossene Wirkungsablauf für die Beeinflussung einer physikalischen Größe in einem technischen Prozess bezeichnet. Wesentlich hierbei ist die Rückführung des aktuellen Wertes an den Regler, der einer Abweichung vom Sollwert kontinuierlich entgegenwirkt (negative Rückkopplung). Zur Beschreibung wird der Regelkreis in einzelne Übertragungsglieder zerlegt.

Die mit dem Regelkreis geregelte Ausgangsgröße verhält sich robust gegenüber angreifenden Störgrößen an der Regelstrecke. Es ist Aufgabe des Reglers, das Zeitverhalten der Regelgröße bezüglich des statischen und dynamischen Verhaltens gemäß vorgegebener Anforderungen festzulegen. Zur Erfüllung widersprechender Anforderungen wie gutes Führungs- und Störverhalten sind gegebenenfalls aufwändigere Regelkreisstrukturen erforderlich.

Ein stabiler Regelkreis kann bei Parameteränderungen instabil werden, selbst wenn die einzelnen Bestandteile des Regelkreises für sich genommen stabil sind. Andererseits kann sich ein Regelkreis auch stabil verhalten, wenn einzelne Bestandteile instabil sind.

Regelkreise im menschlichen Körper

Der menschliche Körper besitzt eine Vielzahl an Regelkreisen sowohl relativ einfache als auch komplexere auf physiologischer Ebene innerhalb der Organsysteme, die zur Homöostase beitragen:

• Endprodukthemmung bei der Synthese von Aminosäuren innerhalb von Zellen und Geweben.
• Regulation der Atmung (ein auf Chemorezeptoren beruhender humoraler Regelkreis)
• Regulierung des Sauerstoffgehaltes des Blutes
• Thermoregulation: Gleichwarme Tiere benötigen zum Überleben eine bestimmte Körpertemperatur, die in einem Toleranzband variiert, dieses aber nicht verlassen sollte. Das Nervensystem von jedem gleichwarmen Tier beinhaltet daher einen Temperatur-Regelkreis mit entsprechenden Rezeptoren als Sensoren, und Schweißdrüsen sowie Muskeln als Stelleinrichtungen.
• Regulierung des Wasserhaushaltes und des Säure-Basen-Haushalts durch die Niere
• Puls-Regulierung: Zur ausreichenden Versorgung der Zellen mit Sauerstoff und Energie ist eine ausreichende Blutzirkulation erforderlich, die von der körperlichen Belastung abhängt. Dafür sorgt u.a. die Regulation der Herzfrequenz durch das VNS (vegetative Nervensystem.
• Blutdruck-Regulation: Bei zu niedrigem Blutdruck ist keine ausreichende Blutzirkulation und Versorgung der Zellen mit Sauerstoff und Energie möglich. Ein zu hoher Blutdruck schädigt die Organe.
• Regulierung der Menge des einfallenden Lichtes ins Auge durch Vergrößerung bzw. Verkleinerung der Pupille sowie die Adaption anderer Sinnesorgane (Weber-Fechner-Gesetz).
• Regulierung des Blutspiegels zahlreicher Hormone (z.B. im thyreotropen Regelkreis)
• Regulation der Nahrungsaufnahme durch Hunger und Sättigung
• Regulation des Blutzuckerspiegels: Der Blutzucker stellt die Energieversorgung des Organismus sicher und wird der körperlichen Belastung angepasst.

"Die strukturelle Grundlage des kybernetischen Systems sind das vegetative Nervensystem (...) mit seinen neuronalen Arealen im Zentralnervensystem, Vernetzungen mit dem motorischen und sensorischen System (...). Das zweite Prinzip ist die Steuerung durch chemische Substanzen, Hormone, die in peripheren Drüsen produziert werden, deren Ausschüttung aber durch die übergeordnete Drüse, die Hypophyse und die darüber liegenden Zentren des Hirnstammes gesteuert werden. Die peripheren Nerven sind Sympathikus und Parasympathikus (N. Vagus), die Hormondrüsen Schilddrüse, Nebenniere, Inselorgan, Nebenschilddrüse. Darüber hinaus ist das neuroendokrine System mit parakriner Hormonwirkung beteiligt."

"Der Hirnstamm ist das Steuerungszentrum für die meisten vitalen Funktionen, Atmung, Kreislauf, Körperhaltung, Planung von Bewegungsabläufen als Mittler zwischen Großhirn und Kleinhirn, Bewusstseinslage, Thermosensitivität, Chemorezeption. Der Thalamus ist der Vermittler zwischen Sinnesorganen und Großhirn. Der Hypothalamus ist das Steuerungszentrum des vegetativen Nervensystems."