Test Adapter pid (pid-Regler) V1.0.x

[Rene55]

@mcm57 Ich versuche gerade mal, was mit dem Adapter zu machen. Hab als 'Regler-ID' die Produktion meines Solarkraftwerks eingegeben. Dann dachte ich, dass hier im Adapter unter 'akt' der gerade aktuelle Wert stehen müsste und dann sollte ja irgendwo auch der berechnete Wert mit den Faktoren aus PID zu finden sein. Bei mir ist alles 0. Wo hab ich den Denkfehler?

[mcm1957]

@homoran
Hab mal eine Kurzbeschreibung ins Readme eingefügt. Wenn du Zeit / Lust hast schaus dir an.
Link zu Wikipedia ist inder docu (docs/en/pid.md)

Eine Kopie von wikipedia im Readme ist sicher übertrieben. Aber ich glaube die Ergänzung informiert den User mal ausreichend damit er entscheiden kann ob er sich weiter hinein vertieft oder das Ding für ihne uninteressant ist.

[mcm1957]

@rene55
Der Adapter ist stand alone. Regler ID dient nur dazu die Namen der States zu definieren. Hier kannst du z.B.1 oder auch einen (kurzen) Namen eintragen

Für die Benutzung musst du (neben den Paramatern) den Sollwert in den State 'set' und den Ist-Wert in den state 'act' schreiben, z.B. per js, blockly, rules, ... Siehe Beschreibung der states in en/pid.md

Im Prinzip wär es natürlich denkbar, dass sich der Adapter an existierende States "anhängt". Könnt ev. als Feature eingequeued werden wenn es gewiunschen ist. Frage ist da nur wie das zu konfigurieren geht und ob es ausreicht act und y dann mit was zu verknüpfen ....

Erstell einen Feature Request wenn es dir wichtig ist mit möglich genauer Info was da geunschen ist. Aber bitte bedenk, dass der Adapter kein Steuerungsdesign_und_Stromlaufplan-Werkzeug werden kann (und soll).

Für V0.0.1 quetsch ich das aber nicht mehr rein.

[Homoran]

@mcm57 sagte in Test neuer Adapter pid (pid-Regler) V0.0.1-alpha.x:

Eine Kopie von wikipedia im Readme ist sicher übertrieben.

denk ich auch.
Hab's gera mal auf Wikipedia überflogen. Das mit einem Zweizeiler zu schaffen war wohl zu optimistisch

[mcm1957]

@homoran
Nö - das Beispiel der Geschwindigkeitsregelung beim Auto beschreibt das eigentlich sehr gut.
Aber DANKE dass du was gesagt hast. Wenn man den Begriff kennt ist es einem nicht bewußt dass andere "Bahnhof" verstehen.

[Rene55]

@mcm57 sagte in Test neuer Adapter pid (pid-Regler) V0.0.1-alpha.x:

Steuerungsdesign_und_Stromlaufplan-Werkzeug

Soetwas hatte ich eigentlich erwartet.

@mcm57 sagte in Test neuer Adapter pid (pid-Regler) V0.0.1-alpha.x:

Adapter an existierende States "anhängt"

Sah aber schon sehr gut aus, da er den Quelldatenpunkt schön aufgedröselt hatte.

Ok, dann werde ich mal die Werte über die States eingeben und mal weiter schauen.

[mcm1957]

@rene55 said in Test neuer Adapter pid (pid-Regler) V0.0.1-alpha.x:

@mcm57 sagte in Test neuer Adapter pid (pid-Regler) V0.0.1-alpha.x:

Steuerungsdesign_und_Stromlaufplan-Werkzeug

Soetwas hatte ich eigentlich erwartet.

OK, als V1.x.x mach ich das auch noch.
Und im Ernst - schreib wirklich in einen Feture Request rein was du brauchst. iob ist zwar kein Wunschkonzert und ich kann und will nicht versprechen was ich einbau, aber je besser kalr ist was gewunschen wird, desto eher kannman überlegen ob und wie das geht.

[Rene55]

@mcm57 Lass mich erst noch etwas damit rumspielen, bevor ich neue Wünsche äußere. Möglicherweise macht der Adapter schon jetzt was ich brauche.

[paul53]

@mcm57
Du berechnest nach der theoretischen Methode (auf die Regelabweichung bezogen)

this.y = this.data.off + this.k_p * this.err + this.k_i * this.sumErr + this.k_d * this.diffErr;

Das wird in der Praxis selten angewendet. Man arbeitet mit Xp (Proportionalband), Tn (Nachstellzeit) und Tv (Vorhaltezeit).

y = diff * (max - min) / Xp * (1 + Summe(dt / Tn) + Tv/dt) + offset

Habe ich es nur nicht gefunden oder ist eine Umkehr der Regelrichtung (Stichwort: Heizen/Kühlen) nicht vorgesehen?

Den selten gebrauchten D-Anteil sollte man nur auf den Istwert anwenden, da der Sollwert meist große Sprünge macht.

[mcm1957]

@paul53
Ja das hast du richtig erkennt. Ich habe die Funktion ident zum hier an anderer Stelle schon erwähnten node-pid-controller (https://github.com/Philmod/node-pid-controller) umgesetzt. Da wird die D Komponente auch auch den Error angewendet. Deine Anregung bezüglich Sprungverhalten versteh ich aber.

Eine Invertierung des Ausgangs hab ich nicht vorgesehen. Diese wäre leicht außerhalb machbar, kann ich aber auch im Regler vorsehen wenn Bedarf besteht (wär ja trivial ). Bitte ggF. Feature Request einstellen.

Im Prinzip ist es aber trivial auch eine andere Funktion umzusetzen, d.h. auf Nachstellzeit / Vorhaltezeit zu wechseln. Nur beide Optionen will ich nicht anbieten :-).

BITTE UM EURE MEINUNG: Soll ich auf tn/tv umstellen gemäß obiger Formel? Oder das Verhalten analog zu node-pid-controller beibehalten???

Wobei ich bei einer Umstellung noch Nachhilfe bei der Formel brauch. (Will meine Scripten aus den 80ern nicht im Keller suchen gehen). Summe(dt/Tn) ist irgendwie nicht stimmig im I Anteil muss doch die Summe der Fehler auftreten.

[paul53]

@mcm57 sagte: Summe(dt/Tn) ist irgendwie nicht stimmig im I Anteil muss doch die Summe der Fehler auftreten.

Ja natürlich, ist eine vereinfachte Darstellung. Es ist bezüglich Deiner Berechnung nur zu beachten, dass kp als Multiplikator in alle 3 Komponenten (PID) eingeht: Tn und Tv sind auf den Ausgang bezogen. Tn ist die Zeit, um die sich der Ausgang nochmal um den gleichen Betrag ändert wie durch den P-Anteil.

Formel:

mit

Kp = (MaxOut - MinOut) / Xp

[mcm1957]

@paul53
OK, dann wart ich mal ab ob / was zu dem Thema noch kommt. In github hat fu-zhou auch einigen Input / Anregungen gegeben. Möchte gerne warten was er schreibt (außer du bist eh fu-zhou - forum / github / telegram = multiple Persönlichkeiten )

[paul53]

@mcm57 sagte: außer du bist eh fu-zhou

Nein, das von fu-zhou erwähnte NPM-Modul "pi-controller" stammt von mir.

[mcm1957]

@paul53 said in Test neuer Adapter pid (pid-Regler) V0.0.1-alpha.x:

@mcm57 sagte: Summe(dt/Tn) ist irgendwie nicht stimmig im I Anteil muss doch die Summe der Fehler auftreten.

Ja natürlich, ist eine vereinfachte Darstellung. Es ist bezüglich Deiner Berechnung nur zu beachten, dass kp als Multiplikator in alle 3 Komponenten (PID) eingeht: Tn und Tv sind auf den Ausgang bezogen. Tn ist die Zeit, um die sich der Ausgang nochmal um den gleichen Betrag ändert wie durch den P-Anteil.

Formel:

mit

Kp = (MaxOut - MinOut) / Xp

Das bedeutet also:
MaxOut und MinOut Werte werden obligatorisch.

Kp = (MaxOut-MinOut) / Xp
e = act - set  
(Integral e) ... e + e[t-1] + e[t-2] .... Summe aller Differenzen, sumErr derzeit
de = e - e[t-1]

Input
act ... aktueller IST Wert (Input)
set ... aktueller SOLL Wert (Input)

Parameter
Xp ... Parameter für Verstärkung (und damit auch Proportionalanteil)
Tn ... Nachlaufzeit (ms) - Parameter für Integralanteil
Tv ... Vorhaltezeit (ms) - Parameter für Differentialanteil
dt ... Zeitdifferenz zu letzter Berechnung (ms), ca Zykluszeit od Zeit zw 2 manuellen Triggern

Output
u ... output, derzeit y

Den Sinn des Max-Min Terms versteh ich nur bedingt. Die Begrenzung des Ausgangswertes auf Max bzw. Min erspart das jedenfalls nicht. Die Differenz zwischen Act und Set kann ja "beliebig" sein. Ergo könnte man max und min ja auch in Xp berücksichtigen. Da brauch ich noch ne Erklärung.

Offset wird in jedem Fall noch dazu gerechnet.

Und Invertierung wäre ja einfache Invertieren des Ausgangswerte ( y = -y). Oder überseh ich da was?

[paul53]

@mcm57 sagte: Die Begrenzung des Ausgangswertes auf Max bzw. Min erspart das jedenfalls nicht.

Das ist die Begrenzung des Ausgangswertes. Stellglieder haben einen begrenzten Stellbereich, meist 0 ... 100 %. Darauf bezieht sich das Proportionalband Xp.
Beispiel für P-Anteil: Xp = 4; Offset = 50 = (Max + Min) / 2; e = -1 --> y = 25 %

@mcm57 sagte in Test neuer Adapter pid (pid-Regler) V0.0.1-alpha.x:

Und Invertierung wäre ja einfache Invertieren des Ausgangswerte ( y = -y).

Invertierung von Kp oder e.

[fu_zhou]

Boah, jetzt geht's ja ganz schön ab hier, sehr schön! Hier mal mein Input:

@paul53 sagte in Test neuer Adapter pid (pid-Regler) V0.0.1-alpha.x:

@mcm57
Du berechnest nach der theoretischen Methode (auf die Regelabweichung bezogen)

this.y = this.data.off + this.k_p * this.err + this.k_i * this.sumErr + this.k_d * this.diffErr;

Das wird in der Praxis selten angewendet. Man arbeitet mit Xp (Proportionalband), Tn (Nachstellzeit) und Tv (Vorhaltezeit).

y = diff * (max - min) / Xp * (1 + Summe(dt / Tn) + Tv/dt) + offset

Habe ich es nur nicht gefunden oder ist eine Umkehr der Regelrichtung (Stichwort: Heizen/Kühlen) nicht vorgesehen?

Den selten gebrauchten D-Anteil sollte man nur auf den Istwert anwenden, da der Sollwert meist große Sprünge macht.

Ich gebe paul53 da Recht, auch wenn ich nur Regler-Anwender, nicht Regler-Programmierer bin. Bei der Optimierung eines Regelkreises, z.B. nach Ziegler-Nichols, berechnet man über die Formel tatsächlich die Nachstellzeit Tn und (wo notwendig) die Vorhaltezeit Tv in Sekunden, was ich auch irgendwie greifbarer finde - weil ich das halt kenne.

Zum Heizen/Kühlen: Das ist eine Split-Range-Regelung, lässt sich über MIN MAX out (LL, LH) realisieren, z.B. MIN = -100%, MAX = 100%. Der Regler startet bei 0% (=kein Energieverbrauch), bei positiver Regelabweichung (w-x > 0) schiebt der Regler den Ausgang Richtung 100%, also wird mit 0-100% ein Heizventil angesteuert und bei negativer Regelabweichung schiebt der Regler Richtung -100% und damit wird dann ein Kühlventil angesteuert. Habe ich nur ein Stellglied, in meinem Fall wieder die Wallbox, die 1,4 - 11 kW kann, ist MIN 0 und MAX 11, wobei ich MAX mit Blockly bestimme: Nachts, wenn die Hausbatterie leer ist, darf die Wallbox mit 11 kW laden, tagsüber max. mit dem PV-Überschuss. Das hilft, den Regler entsprechend schnell zu begrenzen, wenn eine Wolke drüber zieht, der Regler muss dann nicht mit den eingestellten Parametern zurückregeln.

[mcm1957]

OK, das es n unmehr 3:0 steht treffe ich die Entscheidung

Es wird auf Tn/Tv umgestellt

(aber nicht mehr heute :-))

[mcm1957]

@paul53 said in Test neuer Adapter pid (pid-Regler) V0.0.1-alpha.x:

@mcm57 sagte: Die Begrenzung des Ausgangswertes auf Max bzw. Min erspart das jedenfalls nicht.

Das ist die Begrenzung des Ausgangswertes. Stellglieder haben einen begrenzten Stellbereich, meist 0 ... 100 %. Darauf bezieht sich das Proportionalband Xp.
Beispiel für P-Anteil: Xp = 4; Offset = 50 = (Max + Min) / 2; e = -1 --> y = 25 %

@mcm57 sagte in Test neuer Adapter pid (pid-Regler) V0.0.1-alpha.x:

Und Invertierung wäre ja einfache Invertieren des Ausgangswerte ( y = -y).

Invertierung von Kp oder e.

OK nur die Formal an sich begrenzt da noch nicht.
act=0
soll=500
min=0
max=100
Xp=50

Kp = (Max-Min)/Xp = (100-0)/50 = 2
e=act-soll = 500-0 = 500
u=Kp * e (bei I und D Anteil disabled) + offset = 500*2 + 50 = 1050.
Ergo muss da der Code noch auf 100 limitieren.

Oder versteh ich das falsch?

Bei Xp 50 wäre eine maximale Differenz
von 25 im Regelbereich
u = Kp * e + offset = 25*2 +50 = 100

Zusatzfrage(n):
Eine explizite Invertierungsmöglichkeit braucht man dann ja doch nicht. ein negativer Xp würde das ja dann auch tun wie du schreibst.

Braucht dann noch wer den expliziten Parameter Offset? Ich meine ja, da ansonsten bei Abweichung 0 fix (Max-Min)/2 am Ausgang anstünde. Aber ev. will man da ja auch Min (z.B. 0) anliegen haben. Beispiel: Temperaturregler - bei passender Temperatur soll nicht geheizt werden.)

[fu_zhou]

@mcm57 Ich bräuchte den Offset - wieder bei der Wallbox. Die legt erst ab 1.4 kW los (230V, 6A) und der Regler steuert direkt die Leistung der Wallbox über Stromstärke und Anzahl Phasen an. Bei mir ist also der Offset 1.3 kW, weil der Regler soll nicht erst mal von 0 hochlaufen bis 1.4 kW erreicht sind, das lässt sich über den Offset machen. Ich könnte natürlich den Regler auch 0-100% ausgeben lassen, ohne Offset, müsste dann aber an anderer Stelle (z.B. Blockly) über eine Kennlinie normieren; 0% =1.3 kW, 100%=11 kW.
Und wenn man den Offset am Reglerausgang nicht braucht, lässt man den halt bei 0.

[fu_zhou]

Vielleicht an der Stelle nochmal der Hinweis auf den OSCAT-Regler (steht ja schon im Github):

Es gibt eine freie SPS-Bibliothek "OSCAT". Hier ist auch ein PID-Regler dabei, der eigentlich alles kann, was man so braucht und ein bisschen mehr
Hier der Link zu Dokumentation der gesamten Bibliothek (ist ein PDF), der PID Regler ist auf S. 395 - 397 beschrieben (23.8. CTRL_PID)
http://www.oscat.de/de/component/jdownloads/summary/2-oscat-basic/7-oscat-basic333-de.html

Wind-Up ist hier auf S. 387/388 gut beschrieben.