Via Automation – eine kleine Tour durch die automatische Steuerung
Im vergangenen Monat fand in Stockholm die jährliche „Nobelwoche“ statt, eine Woche zum Gedenken und zur Feier der Wissenschaft (1). . Im Rahmen der Nobelfeierlichkeiten hielten Preisträger Vorträge zu Themen, die vom Immunsystem bis zur Quantenmechanik reichten. Als Teil dieser Woche und zur Verlängerung der Feierlichkeiten veranstaltete die Stadt auch ein großes Lichtfestival, bei dem modernste Laser-, Optik- und Projektionsmapping-Techniken gezeigt wurden (2). Siehe zum Beispiel das untenstehende Bild, das im Stadtzentrum aufgenommen wurde.
Wenn wir nun allgemein von Wissenschaft und Technologie sprechen, sind die von den Preisträgern vorgestellten Themen zwar tatsächlich diejenigen, die einem zuerst in den Sinn kommen, aber vielleicht nicht für jemanden, der im Bereich der automatischen Steuerung ausgebildet ist. Schauen wir uns das obige Bild noch einmal an und gehen wir näher auf dieses Dilemma ein.
Rechts neben dem bläulichen Lichtspektakel sehen wir den Norrström, einen sehr kurzen Fluss, der aus folgendem Grund interessant ist: Stockholm ist von riesigen Gewässern umgeben, insbesondere vom Mälarsee im Westen und der Ostsee im Osten. Der See ist die Hauptquelle für Süsswasser, doch nach Perioden mit starken Regenfällen oder Schneeschmelze muss manchmal überschüssiges Wasser abgelassen werden. Grundsätzlich kann dies über die Verbindung – über Stockholm – zum Meer erfolgen. Der See liegt jedoch knapp 70 cm über dem Meeresspiegel, was bedeutet, dass unter bestimmten Wetterbedingungen Salzwasser in den See zurückfließen könnte, was alle möglichen Folgen hätte, die wir vermeiden möchten. Da eine vollständige Umschließung des Sees nicht möglich ist, wurde 1943 ein Regulierungssystem eingerichtet. Die Regulierung erfolgt insbesondere durch Schleusen, deren Steuerungsstrategie auf Daten und ständig verbesserten meteorologischen und hydrologischen mathematischen Modellen basiert (3).
Darüber hinaus findet sich in einem Bericht des Schwedischen Meteorologischen und Hydrologischen Instituts (SMHI):
Im obigen Blockdiagramm sieht man einen Regler (Reglering), der mit dem Wasserstand sowohl des Sees (Mälarens vattennivå) als auch des Ozeans
(Havsnivå) interagiert. Tatsächlich ist der Fluss Norrström Teil dieses „geschlossenen Regelkreises”, der den See mit dem Meer verbindet. Diese Art von Blockdiagrammen bildet den Kern der Regelungstechnik, und wir werden sie in zukünftigen Beiträgen wieder sehen, wenn wir mehr über „Rückkopplung” (4) sprechen.
Abschliessend sei noch erwähnt, dass dieses Regulierungssystem in Slussen konzentriert ist und sich seit der ersten Schleuse von Königin Kristina, die bereits 1642 installiert wurde, ständig weiterentwickelt hat. Die neueste Version der Schleuse ist so konzipiert, dass sie dem Klimawandel robust standhält (5), was aus Sicht der automatischen Steuerung faszinierend ist.
So interessant dieses Wasserregulierungssystem auch ist, wenn alles gut läuft – wie es der Fall ist –, werden die meisten von uns die Existenz eines so wichtigen Steuerungssystems gar nicht bemerken. Dies ist ein häufiges Merkmal von Steuerungssystemen, wie nicht weit von hier besonders deutlich hervorgehoben wurde.
So beschrieb Karl Johan Åström – Professor in Lund und eine der führenden Persönlichkeiten auf unserem Gebiet – in seinem Übersichtsartikel aus dem Jahr 1999 (6) die automatische Steuerung als eine verborgene Technologie. Diese Beschreibung wurde in der Folge aus gutem Grund sehr populär. So findet die automatische Steuerung beispielsweise in praktisch allen Bereichen der Wissenschaft und Technik Anwendung und ist weitgehend ein Wegbereiter, jedoch selten das eigentliche Endziel.
Der vielleicht beste Grund dafür, wie Robert Bitmead – eine weitere einflussreiche Persönlichkeit in unserem Fachgebiet – erneut betont hat, lässt sich wie folgt formulieren: (7) „Je perfekter ein Steuerungssystem funktioniert, desto weniger fällt es auf.“
Das haben wir oben zu veranschaulichen versucht, und genau dieses Problem sollte im Gegensatz zu visuell beeindruckenden Robotikvorführungen und Ähnlichem gesehen werden: Viele Steuerungssysteme bleiben aufgrund ihrer Konzeption unbemerkt.
Nun arbeiten wir im Rahmen des NCCR Automation und ähnlicher Forschungskonsortien daran, dieses Gebiet weiter voranzubringen. Um diese Entwicklungen in den richtigen Kontext zu setzen, ist es wichtig zu sehen, was wir bereits haben. Dies kann jedoch – insbesondere für Neulinge – kompliziert sein, da einiges davon tatsächlich „verborgen” ist. Um Neulinge willkommen zu heißen und unser geliebtes Fachgebiet vorzustellen, möchten wir daher in einer kurzen Reihe von Beiträgen einige grundlegende Themen der automatischen Steuerung erläutern und zeigen, dass dieses Fachgebiet tatsächlich allgegenwärtig und keineswegs geheimnisvoll ist.
Letzten Monat bin ich durch Stockholm spaziert, aber in den kommenden Wochen werde ich Sie auf eine kleine Wanderung durch die Schweiz mitnehmen. Wir werden die Via Automation erkunden und dabei über Kühe, Gondeln, Kaffee und vieles mehr sprechen.
(1) https://www.nobelprize.org/ceremonies/nobel-week-2025/
(2) https://www.nobelprizemuseum.se/en/nobel-week-lights/ Das erste Bild dieses Artikels zeigt „Göttliche Geometrie”, siehe:
https://www.nobelprizemuseum.se/en/nobel-week-lights/festival-2025/divine-geometry /
(3) https://miljobarometern.stockholm.se/content/docs/tema/klimat/Malaren/SMHI Forslag-ny -reglering-Malaren-rapport-2011.pdf
Weitere Informationen zu ihren Kontrollstrategien finden Sie auf Seite 13.
(4) Wenn Sie nicht warten können, hören Sie sich Folgendes an: https://www.incontrolpodcast.com/1632769/episodes/18193180-ep38-incontrol-guide-to-feedback
(6) https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/9781447108535_1.pdf
Auf Seite 1 „Automatische Steuerungssysteme sind heute allgegenwärtig. Sie kommen praktisch überall zum Einsatz: in unseren Haushalten, in der Industrie, in Kommunikationssystemen, in allen Arten von Fahrzeugen und in wissenschaftlichen Instrumenten. Steuerungssysteme werden zunehmend geschäftskritisch, sodass ein Ausfall des Steuerungssystems zu einem Systemausfall führt. Dennoch wird über automatische Steuerungssysteme nicht viel gesprochen. Es ist daher angemessen, diese Technologie als „versteckte Technologie” zu bezeichnen.ˮ
