Anti-Windup-Schema in der Implementierung des PID-Reglers

In einem PID-Regler ist der „D“-Term nicht wirklich „abgeleitet“, sondern ist tatsächlich der Ausgang eines Hochpassfilters erster Ordnung mit einer endlichen Grenzfrequenz [wenn dies nicht der Fall wäre, jedes 1-GHz-Rauschen am Eingang würde 1.000.000 Mal so stark verstärkt wie ein 1-kHz-Signal]. Ebenso muss der „I“-Term nicht wirklich ein „reines“ Integral berechnen [was der nahezu unendlich verstärkte Ausgang eines Tiefpassfilters erster Ordnung mit einer infinitesimalen Grenzfrequenz wäre], sondern kann stattdessen der Ausgang eines ersten sein -Ordnung Tiefpassfilter, dessen Grenzfrequenz etwas mit der langsamsten plausiblen Reaktion der Maschine korreliert. Die Verstärkung des Filters kann so eingestellt werden, dass das DC-Verhalten gesteuert wird, wenn der Controller für eine beliebige lange Zeit einen bestimmten Ausgang befohlen hat, sich das System jedoch nicht bewegt hat; Die Cutoff-Frequenz kann dann eingestellt werden, um die Reaktionsfähigkeit zu steuern, wenn es noch nicht so weit gekommen ist. Im Gegensatz zu Integratoren haben Tiefpassfilter mit einer endlichen Grenzfrequenz eine Grenze dafür, wie weit sie bei einem bestimmten Eingangspegel "aufziehen" können.

Ein zusätzlicher Ansatz zum Verhindern des Aufwickelns wäre – anstatt den P-Term direkt tiefpasszufiltern, entweder die Differenz zwischen dem befohlenen Ausgang und dem, was er ohne den „P“-Term gewesen wäre, zu integrieren, oder Pass filtern Sie die tatsächliche befohlene Ausgabe. Wenn der Output-Stimulus an den Punkt gebunden ist, an dem der „P“-Term nicht seine volle Wirkung entfalten kann, sollte der „I“-Term nicht auf den „P“-Term wirken, sondern nur auf seinen Beitrag zum Output. Die Verwendung eines Tiefpassfilters bei diesem Ansatz ist wahrscheinlich einfacher als der Versuch, einen Integrator zu verwenden, da der Filter so eingestellt werden kann, dass die Verstärkung der Schleifenrückkopplung eins nicht überschreitet. Andernfalls, wenn Sie einen Integrator verwenden und versuchen, die Differenz zwischen der Ausgabe mit P und ohne P zu berechnen,

Windup (im Gegensatz zur Überschwingungsunterdrückung) wird dadurch verursacht, dass der Integrator weiter integriert, obwohl der Ausgang gesättigt ist.

Sie können einfach die Ausgangssättigung erkennen (z. B. mit einem Komparator) und die Integration verhindern.

Die Begrenzung des Reset-Windups kann auf verschiedene Arten angegriffen werden. Eine Möglichkeit besteht darin, einen Geschwindigkeitsalgorithmus zu verwenden, der die Integration automatisch stoppt, wenn die Ausgabe gesättigt ist.

Eine andere besteht darin, den Integrator zurückzusetzen, wenn der Ausgang jenseits der Sättigung liegt – was nicht nur den Effekt haben kann, Windup zu verhindern, sondern auch ein Überschwingen zu unterdrücken, das beim Start eines normal abgestimmten PID-Reglers ohne Windup auftreten würde.

Legen Sie für einen Ansatz aus der Zeit von 1970 bis 1980 ein Reed-Relais mit einem kleinen Vorwiderstand über den Integratorkondensator und lösen Sie die Reed-Spule bei Abweichung vom Sollwert aus. Wenn Sie nicht versuchen, sehr lange Integralzeitkonstanten (z. B. 30-60 Minuten) zu verwenden, kann ein analoger Schalter eine ausreichend geringe Leckage aufweisen, um verwendet werden zu können.

Eine Reihe von Möglichkeiten, dies zu tun.

Die gesamte PID (brauchen Sie wirklich D?) arbeitet über + -15 V, ABER das resultierende Signal muss 0,85 --> 3,8 V betragen, daher würde eine letzte Verstärkungs- und Offsetstufe zum Skalieren des Ausgangs auf diesen Bereich ein geeignetes Signal gewährleisten.

Dies wird jedoch Ihr Windup-Problem nicht lösen, insbesondere wenn Sie bedenken, dass Sie die OPAMPS in die Sättigung treiben (und sobald sie in Sättigung sind, ist ihre Reaktion träge).

Also ... wenn Sie 2 10-V-Zener in einer Rücken-an-Rücken-Anordnung über den Rückkopplungskondensator des Integrators legen würden, würden Sie die Sättigung des OPAMP stoppen.

Sie könnten auch eine letzte Klemmstufe hinzufügen, um zu helfen

Wie kann man diese Schaltung für variables Clipping modifizieren, ohne die Verstärkung zu beeinflussen?