Auslegung der Reglerparameter: Unterschied zwischen den Versionen
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* P-Anteil: 3 | |||
* I-Anteil: 1 | |||
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* Windup-Faktor: 10 | |||
<br>'''Update Januar 2015'''<br> | |||
Nachdem das ESM angepasst war, wurde zuerst mit deutlich kleineren Werten gearbeitet. Da jedoch die Reaktionszeit mit I-Anteil zu langsam war, wurden folgende Parameter festgelegt: | |||
* P-Anteil: 0.5 | |||
* I-Anteil: 0 | |||
* D-Anteil: 0 | |||
* Windup-Faktor: 1 | |||
====Wind-Up==== | |||
[[Datei:WindUp-Problematik.png|thumb|200px|Windup-Problematik: Vergleich Soll- und Istgröße und Reglerparameter [[:Datei:Laengsfuehrung test.mdl| (Modell)]]]]Die Stellgröße für das Gaspedal ist gemäß Anforderung auf das Intervall [-1 1] begrenzt. Aus diesem Grund ist im Simulink-Modell ein entsprechender Begrenzungsblock eingefügt, der den Wert des Regler-Ausgangs von -1 bis 1 begrenzt. Bei PI-Reglern mit einer derartigen Begrenzung tritt der Wind-Up-Effekt auf. Prof. Dr.-Ing. Frank Allgöwer beschreibt diesen folgendermaßen: | |||
<blockquote>Bei einem Regler mit I-Anteil wird z.B. der so entstehende zusätzliche Regelfehler aufintegriert. Es folgt ein starkes Überschwingen, das bis zur Instabilität führen kann.<ref>"Vorlesung Regelungstechnik II" von Dr.-Ing. F. Allgöwer, Institut für Systemtheorie technischer Prozesse, Universität Stuttgart. S. 1. [http://www.ist.uni-stuttgart.de/education/courses/RTII/download/awindup.pdf (Link] Abruf: 14.05.2014)</ref></blockquote> | |||
Im vorliegenden Modell wurde in der genannten separaten Simulations-Umgebung ein hoher Sprung als Sollgröße simuliert, vgl. Abbildung ''Windup-Problematik: Vergleich Soll- und Istgröße und Reglerparameter'' im Diagramm oben links. Das Aufintegrieren des I-Anteils kann dabei sehr gut beobachtet werden (''Diagramm unten rechts in der Abbildung''). Die Reaktion auf ein entsprechend niedrigeres Signal erfolgt dabei mit einer gewissen Totzeit, da der hohe I-Anteil erst abgebaut werden muss. Dieses ist im Plot der Ist-Geschwindigkeit (''mitte links in der Abbildung'') zu sehen. | |||
Die Lösung dieser Problematik wird im Allgemeinen mit einer '''Anti-Windup-Strategie''' erreicht, die erstmalig aktiv wird, wenn Sättigung auftritt, also wenn der Regler-Ausgang größer ist als die begrenzte Stellgröße.<ref>"Entwurf von modellbasierten Anti-Windup-Methoden für Systeme mit Stellbegrenzungen" von A. Ortseifen. S. 28. [http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/3748/1/Andreas_Ortseifen_Entwurf_von_Anti-Windup-Methoden.pdf (Link] Abruf: 14.05.2014)</ref> | |||
[[Datei:Anti-Windup-Architektur.png|thumb|150px|Allgemeine Anti-Windup-Strategie mit Bildtext]] | |||
[[Datei:Anti-Windup.png|thumb|200px|Anti-Windup: Vergleich Soll- und Istgröße und Reglerparameter [[:Datei:Laengsfuehrung test.mdl| (Modell)]]]] | |||
[[Datei:Anti-Windup-Architektur ohne Text.png|mini|zentriert|500 px|Allgemeine Anti-Windup-Strategie <br/>Quelle: "Entwurf von modellbasierten Anti-Windup-Methoden für Systeme mit Stellbegrenzungen" von A. Ortseifen. S. 28. [http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/3748/1/Andreas_Ortseifen_Entwurf_von_Anti-Windup-Methoden.pdf (Link] Abruf: 14.05.2014)]] | |||
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Wie in der Abbildung erkenntlich, wird dazu einfach der Wert am Ausgang des Reglers um den Wert nach der Begrenzung verringert. Die Abbildung ''Allgemeine Anti-Windup-Strategie mit Bildtext'' zeigt auch den entsprechenden Beschreibungstext aus der Bildquelle. Ist die Differenz null, sind die Werte gleich groß und das Anti-Windup ist nicht aktiv. Stellt sich eine Differenz ein, wird über einen Verstärkerbaustein der Parameter für den I-Anteil um den entsprechenden Wert verringert. Als Faktor wurde der Wert „eins“ gewählt. Für das oben genannte Simulations-Beispiel konnte der Effekt der Anti-Windup-Strategie nachgewiesen werden. Es ist dabei besonders die geringere Totzeit im Plot der ''Ist-Geschwindigkeit'' und die schnelle Abnahme des ''I-Anteils'' zu beobachten, vgl. Abbildung ''Anti-Windup: Vergleich Soll- und Istgröße und Reglerparameter''. | |||
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Version vom 2. Dezember 2016, 11:48 Uhr
Update Juni 2014
Nachdem eine Messung des Geschwindigkeitssignals am Fahrzeug vorgenommen und das System angepasst wurde, wurden folgende Parameter festgelegt:
- P-Anteil: 3
- I-Anteil: 1
- D-Anteil: 0
- Windup-Faktor: 10
Update Januar 2015
Nachdem das ESM angepasst war, wurde zuerst mit deutlich kleineren Werten gearbeitet. Da jedoch die Reaktionszeit mit I-Anteil zu langsam war, wurden folgende Parameter festgelegt:
- P-Anteil: 0.5
- I-Anteil: 0
- D-Anteil: 0
- Windup-Faktor: 1
Wind-Up
Die Stellgröße für das Gaspedal ist gemäß Anforderung auf das Intervall [-1 1] begrenzt. Aus diesem Grund ist im Simulink-Modell ein entsprechender Begrenzungsblock eingefügt, der den Wert des Regler-Ausgangs von -1 bis 1 begrenzt. Bei PI-Reglern mit einer derartigen Begrenzung tritt der Wind-Up-Effekt auf. Prof. Dr.-Ing. Frank Allgöwer beschreibt diesen folgendermaßen:
Bei einem Regler mit I-Anteil wird z.B. der so entstehende zusätzliche Regelfehler aufintegriert. Es folgt ein starkes Überschwingen, das bis zur Instabilität führen kann.[1]
Im vorliegenden Modell wurde in der genannten separaten Simulations-Umgebung ein hoher Sprung als Sollgröße simuliert, vgl. Abbildung Windup-Problematik: Vergleich Soll- und Istgröße und Reglerparameter im Diagramm oben links. Das Aufintegrieren des I-Anteils kann dabei sehr gut beobachtet werden (Diagramm unten rechts in der Abbildung). Die Reaktion auf ein entsprechend niedrigeres Signal erfolgt dabei mit einer gewissen Totzeit, da der hohe I-Anteil erst abgebaut werden muss. Dieses ist im Plot der Ist-Geschwindigkeit (mitte links in der Abbildung) zu sehen.
Die Lösung dieser Problematik wird im Allgemeinen mit einer Anti-Windup-Strategie erreicht, die erstmalig aktiv wird, wenn Sättigung auftritt, also wenn der Regler-Ausgang größer ist als die begrenzte Stellgröße.[2]
Quelle: "Entwurf von modellbasierten Anti-Windup-Methoden für Systeme mit Stellbegrenzungen" von A. Ortseifen. S. 28. (Link Abruf: 14.05.2014)
Wie in der Abbildung erkenntlich, wird dazu einfach der Wert am Ausgang des Reglers um den Wert nach der Begrenzung verringert. Die Abbildung Allgemeine Anti-Windup-Strategie mit Bildtext zeigt auch den entsprechenden Beschreibungstext aus der Bildquelle. Ist die Differenz null, sind die Werte gleich groß und das Anti-Windup ist nicht aktiv. Stellt sich eine Differenz ein, wird über einen Verstärkerbaustein der Parameter für den I-Anteil um den entsprechenden Wert verringert. Als Faktor wurde der Wert „eins“ gewählt. Für das oben genannte Simulations-Beispiel konnte der Effekt der Anti-Windup-Strategie nachgewiesen werden. Es ist dabei besonders die geringere Totzeit im Plot der Ist-Geschwindigkeit und die schnelle Abnahme des I-Anteils zu beobachten, vgl. Abbildung Anti-Windup: Vergleich Soll- und Istgröße und Reglerparameter.
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