Grundlagen der Regelungstechnik

Auf einem Mikrocontroller wird eine PI-Regelung im Stellungsalgorithmus implementiert, mit dem Tastverhältnis eines PWM-Signals (0 bis 100 %) als Stellgröße. Welche Gegenmaßnahme gegen Integral-Windup ist richtig?

  1. AWährend der Sättigung die Proportionalverstärkung erhöhen, um schneller aus der Sättigung herauszukommen
  2. BWird der I-Anteil in Gleitkomma berechnet, tritt kein Überlauf auf, daher ist keine besondere Maßnahme nötig
  3. CWährend der Ausgang gesättigt ist, die Integration anhalten, wenn die Regelabweichung die Sättigung vertiefen würde, oder die Differenz zum begrenzten Wert in den Integrator zurückführen, um den Integralwert zu begrenzen
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Antwort: C. Während der Ausgang gesättigt ist, die Integration anhalten, wenn die Regelabweichung die Sättigung vertiefen würde, oder die Differenz zum begrenzten Wert in den Integrator zurückführen, um den Integralwert zu begrenzen

Das erste Verfahren ist die bedingte Integration (Clamping): Ist der Ausgang gesättigt und würde die Regelabweichung die Sättigung vertiefen, wird der Integralwert nicht aktualisiert. Das zweite ist die Back-Calculation (Rückrechnung): Die Differenz zwischen dem vor der Begrenzung berechneten und dem tatsächlich ausgegebenen Wert wird mit einem Faktor multipliziert und in den Integrator zurückgeführt, um den Integralwert zurückzuholen. Im Geschwindigkeitsalgorithmus der PID-Regelung, der die Änderung der Stellgröße berechnet, tritt Windup schon durch bloßes Begrenzen des Ausgangs kaum auf. Bei Berechnung in ganzzahliger Festkommadarstellung muss auch einem Überlauf der Integralvariablen selbst vorgebeugt werden, etwa mit Sättigungsarithmetik.

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