Was ist Integral-Windup?

Antwort: C. Ein Phänomen, bei dem der I-Anteil die Regelabweichung weiter aufsummiert, während die Stellgröße an ihrer oberen Grenze festsitzt, sodass die Stellgröße auch nach einem Vorzeichenwechsel der Regelabweichung eine Zeit lang nicht sinkt und ein großes Überschwingen entsteht

Stellgrößen wie eine Motorspannung oder eine Ventilöffnung haben eine obere und eine untere Grenze. Hält eine große Regelabweichung an und geht die Stellgröße an der oberen Grenze in die Sättigung, kann die Stellgröße nicht weiter steigen, der I-Anteil summiert die Regelabweichung aber weiter auf und wird groß. Selbst wenn die Regelgröße den Sollwert überschreitet und die Regelabweichung das Vorzeichen wechselt, bleibt die Stellgröße an der oberen Grenze, bis der aufsummierte Integralwert abgebaut ist; das verursacht ein großes Überschwingen und eine lange Schwingung. Als Gegenmaßnahme dient Anti-Windup, das bei gesättigtem Ausgang die Integration anhält oder den Integralwert begrenzt.

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.