Grundlagen des Regelkreises

Hintergrund

Die Grundzusammenhänge von Reglungen und Steuerungen sind jedem aus dem täglichen Leben bekannt. Dabei wendet man nicht unbedingt diese Art der Modelle an, noch bedient man sich den Wörtern „Aktor“ oder „Sollwert“. Die auftretenden Effekte (Danebenschlagen, …) sind es aber, welche einen selbst ohne die technischen Hintergründe quälen können.

Das Modell selbst ist für Nicht-Techniker etwas abstrakt und am Anfang vielleicht unverständlich. Allerdings bietet es einen guten Rahmen, um sich davon langsam an die Effekte und Problematiken heranzutasten. Eine tiefere Einführung würde den Rahmen des Blogs sprengen. Ich werde also nur gerade so viel vorstellen, sodass man für sich und sein Training eigene Überlegungen und Schlussfolgerungen daraus ableiten kann.

 

Einsatz für Analyse

Aus dem Modell lassen sich diverse Abschätzungen treffen, warum Bewegungen fehlschlagen oder wie man die Grenzen von Bewegungen systematisch verschieben kann. Die Ansatzpunkte liegen immer in den einzelnen Elementen, deren Einschränkungen und die entstehenden Überlagerungen von Effekten. In Folgeartikeln wird eine in der Regelungstechnik angewandte Analyseform der „Übertragungsfunktion“ vorgestellt. Diese bildet die Grundlage um mit Hilfe einfacher Tests und Überlegungen die eigenen Bewegungen gegen Fehlschläge abzusichern (Baumdiagramm und Variantenerzeugung, F-T-Matrix). Dabei spielen u.a. die Effekte der IdI und IdD eine Rolle und wie man mit diesen Effekten umgehen kann.

 

Vereinfachter Regelkreis

Es ist leichter mit einem vereinfachten Regelkreis zu beginnen. Dieser Regelkreis konzentriert sich stärker auf die Vorgänge als auf die beteiligten Elemente. Der Prozess läuft immer wieder ab und kennt an sich kein Ende. Im Artikel Reaktionskette mit Antizipation wird ein etwas abgewandelter Prozess als Grundlage für Analysen verwendet.

 

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Wenn man das Ganze auf ein Beispiel anwendet, landet man ungefähr hier:

 

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Allgemeiner Regelkreis

Der Regelkreis selbst besteht aus wenigen Grundelementen. Die Grundstruktur ist ein immer wieder ablaufender Kreisprozess. Im Körper laufen diese Kreisprozesse in verschieden großen Bereichen ab. Die Bandbreite beginnt mit dem kleinsten Bereich, mit dem Reflex, und endet bei bewussten und mit hoher Aufmerksamkeit ausgeführten Bewegungen. All diese Kreisprozesse überlagern sich. Wer sich also stark auf Bewegungen konzentriert, kann nicht verhindern, dass unterlagerte Kreisprozesse in Form von Reflexen oder Automatismen „mitmischen“ 1Es gibt viele verschiedene Modelle für die Art und Weise der Regelabläufe im Körper. Das strikte Trennen in die hier vorgestellten Regelkreise (Reflex, Automatismus, …) ist auch nur bis zu einem gewissen Punkt haltbar. Es wäre falsch, die hier vorgestellten Überlegungen als absolut zutreffend anzusehen. Diese stellen wie so oft nur einen Kompromiss dar, um sich an den Ergebnissen zu orientieren und daraus brauchbare Schlüsse zu ziehen. Es gibt bspw. Modelle, welche jede Bewegung, also auch bewusste Bewegungen, als Reflex modellieren. Diese Modelle sind aber nicht mehr so einfach, auch wenn sie für bestimmte Bewegungsprobleme große Vorteile in der Betrachtung bieten. Zum Beispiel der Versuch in manchen Kampfkünsten „federnde“ Bewegungen zu trainieren lässt sich mit der starren Einteilung in Reflex, Automatismus, usw. nicht sauber erarbeiten. Erst wenn man sich von diesen eher „trennenden“ Aufteilungen in Einzeleffekte verabschiedet, lassen sich konkret die Randbedingungen erarbeiten, um wirklich eine Federwirkung bei Bewegungen zu erzielen und diese nicht nur als Trainingsziel zu postulieren (siehe vernetzte Systeme).. Das Problem ist dann immer zu bestimmen, welche Prozesse sich in welcher Form gegenseitig beeinflussen. Wenn zum Beispiel in Übungen versucht wird Reflexe zu schulen, dann ist das nur bedingt richtig. Die Übung muss gleichzeitig sicherstellen, dass die anderen Kreisprozesse, überlagert oder unterlagert, diesem gewollten Prozess nicht „in die Quere kommen“. Es ist leider ein typischer Trainingsfehler, wenn „per Definition“ ein Reflex geschult werden soll und die anderen, parallel im Körper stattfindenden, Prozesse vernachlässigt werden. Diese können das Training stark negativ beeinflussen.

Der Vorteil des Modells des Regelkreises ist die Möglichkeit ihn relativ universell einsetzen zu können. Wer die Grundstruktur und damit verbundenen Problematiken einmal verstanden hat, kann ihn überall anwenden und auch die Überlagerungen, Vorteil wie Nachteil, besser einordnen. Wer sich von den folgenden Darstellungen etwas „überfahren“ vorkommt, der lese bitte einfach weiter. Spätestens wenn das ganze Modell dargestellt wird, sollte es klarer werden.

 

Sollwert, Istwert, Vergleich und Abweichung

Zum Anfang wird ein sogenannter Sollwert festgelegt. Heruntergebrochen auf eine Bewegung kann es der Plan sein, den Arm vorwärts zu einer neuen Position zu bewegen. Die neue Position des Armes ist das Ziel. Um den Arm dorthin zu bekommen, wird der Sollwert auf diese neue Position festgelegt. Der Istwert ist die aktuelle Position des Armes. Diese wird mittels Sensorik bestimmt. Beide Werte, Soll- und Istwert, werden verglichen. Der Vergleich ergibt eine Abweichung, da sich der Arm nicht an der neu festgelegten Position befindet.

 

Allgemeines Modell

 

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Beispiel mit Arm

 

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Regler, Aktor und Strecke

Die Abweichung wird von einem Regler verarbeitet. Dieser wählt aus, wie mit der Abweichung umgegangen werden soll. Soll diese eher schnell oder langsam ausgeregelt werden? Ist ein Überschwingen möglich? Beim Bewegen des Armes würde das bedeuten, dass man über die gewollte Position etwas „hinausschießt“ und erst wieder etwas zurück fährt. Der Vorteil liegt darin, dass man schneller ist, als wenn man „sauber“ die Position anfährt.

Der Aktor ist im Fall von Bewegungen der Muskel. Er nimmt die vom Regler erstellten Befehle und setzt diese nach seinen Möglichkeiten um. Die Strecke ist der Wirkungsbereich des Muskels, in dem Beispiel der Arm. Es können bei Waffen aber auch Klingen sein.

 

Allgemeines Modell

 

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Beispiel mit Arm

 

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Rückkopplung für die Messung des Istwertes

Der Kreislauf wird durch eine Messung des Istwertes geschlossen. Die innere Sensorik bestimmt wo sich die Strecke, also der Arm, befindet und gibt diesen Wert zum Vergleich weiter.

 

Allgemeines Modell

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Beispiel mit Arm

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Kreisprozess

Ab jetzt kann man sich mit dem ablaufenden Kreisprozess beschäftigen. Wenn der Arm bereits an der gewollten Position wäre, würde nichts passieren. Die Abweichung aus dem Vergleich wäre null und der Regler würde für den Muskel keine Befehle festlegen.

Sobald der Arm eine andere Position einnehmen soll, wird der Sollwert sich vom Istwert unterscheiden. Der Regler beginnt zu arbeiten und wird an den Muskel die nötigen Befehle senden. Der Arm wird sich daraufhin in Richtung der neuen Position bewegen. Der Regler wird erst aufhören Befehle an den Muskel zu schicken, wenn die neue Position erreicht worden ist.

 

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Dieser Kreisprozess ist idealisiert. In der Realität hat jedes Element im Kreisprozess seine „Eigenarten“. Gerade bei hohen Geschwindigkeiten zeigt sich dann, dass der Kreisprozess nicht mehr in dieser Form funktioniert. Diese Besonderheiten zu kennen und damit umzugehen ist bei Bewegungen dann die „Kunst“ in der Kampf-Kunst.

Fußnoten   [ + ]

1. Es gibt viele verschiedene Modelle für die Art und Weise der Regelabläufe im Körper. Das strikte Trennen in die hier vorgestellten Regelkreise (Reflex, Automatismus, …) ist auch nur bis zu einem gewissen Punkt haltbar. Es wäre falsch, die hier vorgestellten Überlegungen als absolut zutreffend anzusehen. Diese stellen wie so oft nur einen Kompromiss dar, um sich an den Ergebnissen zu orientieren und daraus brauchbare Schlüsse zu ziehen. Es gibt bspw. Modelle, welche jede Bewegung, also auch bewusste Bewegungen, als Reflex modellieren. Diese Modelle sind aber nicht mehr so einfach, auch wenn sie für bestimmte Bewegungsprobleme große Vorteile in der Betrachtung bieten. Zum Beispiel der Versuch in manchen Kampfkünsten „federnde“ Bewegungen zu trainieren lässt sich mit der starren Einteilung in Reflex, Automatismus, usw. nicht sauber erarbeiten. Erst wenn man sich von diesen eher „trennenden“ Aufteilungen in Einzeleffekte verabschiedet, lassen sich konkret die Randbedingungen erarbeiten, um wirklich eine Federwirkung bei Bewegungen zu erzielen und diese nicht nur als Trainingsziel zu postulieren (siehe vernetzte Systeme).

Der Artikel wurde am 26. Oktober 2014 unter der Kategorie Wissen (in Überarbeitung) veröffentlicht.