Vermeidung von Windup bei Ausgangsbegrenzung / Prevention of Windup in the Presence of Output Constraints

Abstract

Zusammenfassung Dieser Beitrag stellt eine neue Methode zur Vermeidung von Problemen vor, die durch Sensorsättigung in einem sonst linearen Regelkreis entstehen können. Im Gegensatz zu den bekannten Lösungen für die Beseitigung des durch Stellbegrenzung ausgelösten Windup wird der Regler während der Begrenzungsphase nicht stabilisiert, weil dies beim Auftreten konstanter Störungen zu einer Blockierung führen könnte. Stattdessen bleibt der IAnteil des Reglers während der Sensor-Sättigung aktiv, und die Windup-Effekte werden durch eine geeignete Modifikation des Regler-Zählers vermieden. Das hierfür erforderliche Signal liefert ein Sättigungsindikator. Durch den auch im Begrenzungsfall vorhandenen I-Anteil ist eine robuste Ausregelung konstanter Störungen sicher gestellt. Durch Einsatz einer Regelkreisstruktur mit zwei Freiheitsgraden erhält man gleichzeitig ein robustes Führungsverhalten.Summary This contribution presents a new method for the prevention of problems caused by a saturating sensor in an otherwise linear loop. Different from the known anti-windup schemes for input constraints the compensator is not stabilized during saturation, as this can lead to a deadlock situation in case of persistent disturbances. Instead, the integral controller action remains active during sensor saturation, and the windup effects are prevented by an appropriate modification of the numerator of the controller. A saturation indicator provides the necessary signal for this modification. As integral action is also present during saturation a robust rejection of persistent disturbances is achieved. Using a two degrees of freedom control structure one also obtains a robust reference behaviour.