TAR2_20190307 02 Stavová spätná väzba s integračnou činnosťou - anti windup

Zhrnutie prednášky

Prednáška sa venuje problému wind-up efektu pri diskrétnych regulátoroch so saturáciou riadenia a spôsobom jeho odstránenia (anti-windup). Najprv sa zopakuje princíp anti-windupu u spojitého/diskrétneho PI regulátora, kde sa rozdiel medzi nesaturovaným a saturovaným riadením vynásobí konštantou a odčíta sa od vstupu do integrátora, čím sa zabráni pretečeniu integrátora. Na simulácii s obmedzeným vstupným prietokom sa ukazuje, že bez tejto úpravy dochádza k výraznému preregulovaniu a podregulovaniu, zatiaľ čo so schémou anti-windupu sa kvalita riadenia výrazne zlepší. Následne sa problematika zovšeobecní na regulátor v tvare stavového opisu (matice A_C, B_C, C_C, D_C so vstupom Z a výstupom U), kde sa do stavovej rovnice pridá spätnoväzbové zosilnenie K_A násobené rozdielom medzi saturovaným a nesaturovaným riadením, pričom K_A sa volí tak, aby matica A_C − K_A·C_C bola stabilná. Na záver sa konkrétny PI regulátor prevedie do tohto všeobecného stavového tvaru dosadením príslušných matíc, čím sa ukáže univerzálnosť navrhnutej anti-windup schémy.

• - Integrátor v regulátore je nestabilný a pri saturácii riadenia spôsobuje wind-up efekt (pretečenie integrátora)
• - Anti-windup pri PI regulátore: rozdiel medzi nesaturovaným a saturovaným riadením sa vynásobí konštantou a odčíta od vstupu do integrátora
• - Simulácia ukazuje, že bez anti-windupu dochádza k väčšiemu preregulovaniu/podregulovaniu a oneskorenej reakcii riadenia
• - So zavedenou anti-windup schémou riadenie prestane byť dlho na obmedzení a rýchlejšie reaguje pri priblížení výstupu k žiadanej hodnote
• - Zovšeobecnenie na ľubovoľný regulátor opísaný stavovými maticami A_C, B_C, C_C, D_C so vstupom Z (žiadaná veličina a stavy) a výstupom U
• - Do stavovej rovnice regulátora sa pridáva člen K_A·(V−U), pričom K_A sa volí tak, aby matica (A_C − K_A·C_C) bola stabilná
• - Konkrétny diskrétny PI regulátor sa dá previesť do všeobecného stavového tvaru a naň aplikovať univerzálnu anti-windup schému

Zhrnutie pripravené s pomocou AI z prepisu videa.