Overshoot

Überschwingen eines Signals y um Δh

Überschwingen (auch overshoot genannt) bedeutet in der Elektrotechnik, Signalverarbeitung und Regelungstechnik, dass nach einer sprunghaften Änderung einer Eingangsgröße eine Ausgangsgröße den erwünschten Wert nicht direkt erreicht, sondern über den Sollwert 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. Bei einem Thermostaten einer Raumheizung ist das oft der Fall, zum Beispiel, wenn die gewünschte Temperatur (Sollwert) am Thermostaten von 20 °C auf 25 °C verstellt wird; Der Regler erhöht die Heizleistung dadurch so stark, dass kurz eine Temperatur von beispielsweise 27 °C erreicht wird; danach sinkt die Temperatur wieder und erreicht erst später den Sollwert 25 °C. Ursache sind Verzögerungszeiten im Regelkreis, die zum Beispiel durch die Wärmekapazität des Heizkörpers und des zirkulierenden Wassers verursacht werden.

Überschwingen kann auch auftreten, wenn eine Störgröße plötzlich verändert wird; bei einer Heizungsregelung wäre das beispielsweise, wenn ein Fenster geöffnet wird.

Starkes Überschwingen eines Reglers deutet auf geringe Stabilität des Regelkreises hin. Bei geringerer Verstärkung wird der Endwert asymptotisch erreicht, es tritt kein Überschwingen auf, aber gleiche Endwerte werden später erreicht.

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 Änderung des Sollwertes angegeben; im Bild oben beträgt es etwa 10% (Zeitpunkt Tm).
Viele Oszilloskope verfügen über eine Messfunktion für dieses Überschwingen (positive/negative overshoot).

Eine weitere wichtige Größe in diesem Zusammenhang ist die Einschwingzeit; die Zeit, ab der sich die Ausgangsgröße innerhalb einer bestimmten Abweichung eingestellt hat. In der Regelungstechnik wird dafür meist Beruhigungszeit T_{5\%} angegeben, also die Zeit, nach der die Ausgangsgröße innerhalb eines Bereichs von ±5% der Sprunghöhe um den endgültig erreichten Wert bleibt (siehe Bild oben: 5%-Band).

Der Begriff Einschwingzeit erscheint im Zusammenhang mit Überschwingern paradox; viel mehr scheint der Begriff Abklingzeit als Bezug auf die gedämpfte Schwingung angebracht zu sein. Allerdings kommt es bei Überschwingern darauf an, wie gut das System der Anregung (Änderung der Störgröße oder des Sollwertes) folgt, somit beschreibt der Begriff Einschwingzeit die Vorgänge besser.

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

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  • Overshoot — O ver*shoot , v. t. [imp. & p. p. {Overshot}; p. pr. & vb. n. {Overshooting}.] 1. To shoot over or beyond; to miss; as, to overshoot a mark; to overshoot the green in golf. Not to overshoot his game. South. [1913 Webster] 2. Hence: To go beyond… …   The Collaborative International Dictionary of English

  • Overshoot — may refer to: Overshoot (signal), when a signal exceeds its steady state value Overshoot (ecology), when a population exceeds the environment s carrying capacity Overshoot (aviation), an aborted landing Overshoot (microwave communication),… …   Wikipedia

  • overshoot — o‧ver‧shoot [ˌəʊvəˈʆuːt ǁ ˌoʊvər ] verb overshot PTandPP [ ˈʆɒt ǁ ˈʆɑːt] [transitive] to go past a figure or level that was set as a limit or target: • Money supply grew at a rapid rate in January, and overshot the German central bank s 5.5%… …   Financial and business terms

  • Overshoot — O ver*shoot , v. i. To fly beyond the mark. Collier. [1913 Webster] …   The Collaborative International Dictionary of English

  • overshoot — index overreach Burton s Legal Thesaurus. William C. Burton. 2006 …   Law dictionary

  • overshoot — (v.) mid 14c., to shoot, run, or pass beyond (a point or limit), OVER (Cf. over) + SHOOT (Cf. shoot) (v.). Related: Overshot; overshooting. In reference to water wheels, the adjective overshot driven by water shot over from above is attested from …   Etymology dictionary

  • overshoot — (izg. ȏveršūt) m DEFINICIJA tehn. prebačaj, porast signala preko stanovite vrijednosti ETIMOLOGIJA engl …   Hrvatski jezični portal

  • overshoot — ► VERB (past and past part. overshot) 1) move or travel past unintentionally. 2) exceed (a financial target or limit) …   English terms dictionary

  • overshoot — [ō΄vər sho͞ot′, ō′vər sho͞ot΄] vt. overshot, overshooting 1. to shoot or pass over or beyond (a target, mark, etc.); specif., to fly an aircraft beyond (a runway, landing field, etc.) while trying to land 2. to go farther than (an intended or… …   English World dictionary

  • overshoot — overshoots, overshooting, overshot (The verb is pronounced [[t]o͟ʊvə(r)ʃu͟ːt[/t]]. The noun is pronounced [[t]o͟ʊvə(r)ʃuːt[/t]].) 1) VERB If you overshoot a place that you want to get to, you go past it by mistake. [V n] The plane apparently… …   English dictionary


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