Unterlagerte Regelkreise

Hintergrund

Das Modell eines Regelkreises kann auf viele verschiedene Abläufe angewendet werden. Wenn einmal das grundlegende Prinzip verstanden wurde, stehen dann auch wieder alle Methoden um Regelkreise zu charakterisieren zur Verfügung (Betrachtungen mit Übertragungsfunktionen, Überlastung, Verschiebung von Grenzen, …).

Das Modell des erweiterten Regelkreises konzentriert sich auf den obersten Regelkreis im Menschen. Es bildet bewusstes Handeln durch die Wahrnehmung von Reizen und darauf basierend einer Bewegungsauswahl und -ausführung ab.

 

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Es gibt allerdings diverse unterlagerte Regelkreise, welche diesem Regelkreis zuarbeiten oder eingreifen. Für viele Betrachtungen und Analysen genügen zwei zusätzliche Regelkreise. Der erste Regelkreis ist der unterlagerte Regelkreis der Wahrnehmung. Der zweite Regelkreis ist der Regelkreis der Eigen-, oder auch Selbstreflexe. Es gibt viele weitere unterlagerte Regelkreis. Bei Schmidt und Lee oder Meinel und Schnabel finden sich Übersichten.

Unterlagerte Regelkreise sind insgesamt ein komplexes Thema. Die folgenden Ausführungen vereinfachen die Zusammenhänge, um ein grundlegendes Verständnis zu schaffen1Regelungstechniker werden zu Recht den Kopf schütteln, wenn Regelkreise „einfach so“ miteinander vermascht werden. Die Frage nach Stabilität und Regelverhalten ist nicht trivial und muss eigentlich zuerst gelöst werden, bevor derartige Modelle angewendet werden. Einige der Darstellungen entsprechen auch nicht den üblichen Konventionen und Zuordnungen.. Viele Effekte können trotz dieser Vereinfachungen erkannt, kategorisiert und verarbeitet werden. Wichtig ist, dass eine Überlastung der unterlagerten Regelkreise automatisch auch zu einer Überlastung der übergeordneten Regelkreise führt.

Regelkreis der Wahrnehmung

Der Regelkreis der Wahrnehmung ist das erste Beispiel eines unterlagerten Regelkreises. Im Modell des erweiterten Regelkreises wurde vereinfachend die Wahrnehmung folgendermaßen dargestellt:

 

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Der dargestellte Ablauf ist nicht grundlegend falsch, allerdings ist er unvollständig. Woher weiß man denn, was man detektieren will? Worauf soll geachtet werden? Soll sehr spezifisch auf etwas geachtet werden? Wenn etwas wahrgenommen wird und man es nicht einordnen kann, soll dann weiter gesucht werden? Wie lange noch? Diese Fragen stellen nur einen kleinen Ausschnitt aus dem Wahrnehmungsablauf dar. Jede einzelne Frage gibt aber den Hinweis, dass Wahrnehmung nicht nur ein linearer Prozess ist. Ganz im Gegenteil, es ist wie der übergeordnete Regelkreis der Bewegungsregulation ein eigener Regelkreis. Es gibt Rückkoppelungen und damit verbundene Zeitverluste. Das bedeutet, dass er genauso überlastet werden kann; die Grenzen sich aber auch verschieben können.

Der folgende Regelkreis kann als Grundlage für die Regelung von Aufmerksamkeit gesehen werden. Er ist nur ein kleiner Ausschnitt all der Prozesse der Wahrnehmung.

 

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Eingeordnet im übergeordneten Regelkreis sieht es folgendermaßen aus:

 

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Ein typisches Beispiel ist gerichtete Aufmerksamkeit auf ein gewisses Detail im Bewegungsablauf. Wenn das Detail auftaucht, ist die Information schnell verfügbar, da die Suche und Entscheidung für einen gewissen Aufmerksamkeitsbereich entfällt. Damit verschiebt sich die Geschwindigkeitsgrenze der Übertragungsfunktion nach rechts. Das bedeutet, dass bis zu einer hohen Geschwindigkeit die Information noch zur Verfügung steht. Der Nachteil ist, dass die anderen Bereiche vernachlässigt werden. Deren Grenze der Übertragungsfunktion rutscht nach links. Das bedeutet, dass die Informationen aus anderen Bereichen nur bei sehr langsamen Geschwindigkeiten zur Verfügung stehen. Wer also zum Beispiel eine eigene Bewegung starten will, sobald der Gegner eine gewisse Handlung ausführt, achtet explizit darauf. Jede andere Handlung des Gegners in einem anderen Aufmerksamkeitsbereich wird dann aber bei hohen Ablaufgeschwindigkeiten schlechter oder gar nicht wahrgenommen (siehe diesem Beispiel).

 

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Regelkreis des Eigenreflexes

Der Regelkreis der Muskelspannung und -länge ist ein weiterer unterlagerter Regelkreis. Wenn im übergeordneten Regelkreis zum Beispiel die Stellung des Arms verändert werden sollte, war in der Prinzipskizze ein linearer Prozess dargestellt worden.

 

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Ähnlich dem Beispiel der Wahrnehmung ist die Regelung der Dehnung des Muskels nicht so einfach. An dieser Stelle befindet sich ein eigener unterlagerter Regelkreis. Der Wechsel der Armposition verlangt eine Längenänderung der Armmuskeln. Die Veränderung der Längenvorgabe lässt den Regelkreis anlaufen. Die detektierte Abweichung wird dann über den Regler als äquivalente Stellgröße an den Muskel ausgegeben. Dieser Ablauf endet, wenn keine Abweichung mehr vorhanden ist.

 

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Dieser Regelkreis regelt auch Störungen am Arm aus. Sobald zum Beispiel der Sensor direkt am Muskel eine zu starke Überdehnung detektiert, wird der Muskel angespannt, um eine weitere möglicherweise schädigende Dehnung zu verhindern. Dieser Regelkreis und dessen Regler kann nicht vom Bewusstsein direkt angepasst werden, um bspw. eine zu starke Anspannung zu verhindern. Nur der Sollwert, die Länge, steht als Anpassung zur Verfügung. Das bedeutet, wer eine zu starke Anspannung verhindern will, muss die Länge entsprechend der Störung mitführen. Wer die Länge entgegengesetzt zu einer Störung führt, wird dementsprechend eine noch stärkere Anspannung haben.

Fußnoten   [ + ]

1. Regelungstechniker werden zu Recht den Kopf schütteln, wenn Regelkreise „einfach so“ miteinander vermascht werden. Die Frage nach Stabilität und Regelverhalten ist nicht trivial und muss eigentlich zuerst gelöst werden, bevor derartige Modelle angewendet werden. Einige der Darstellungen entsprechen auch nicht den üblichen Konventionen und Zuordnungen.

Der Artikel wurde am 18. April 2015 unter der Kategorie Wissen (in Überarbeitung) veröffentlicht.