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

[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.

[paul53]

@mcm57 sagte: ein negativer Xp würde das ja dann auch tun

Richtig, ist aber unüblich. Ebenso kann man Ist- und Sollwert vertauschen (außer, wenn der D-Anteil nur auf den Istwert wirken soll). Aber das soll sicherlich für Leute handhabbar sein, die sich nicht oder kaum mit Regelungstechnik auskennen?

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

Bei Xp 50 wäre eine maximale Differenz von 25 im Regelbereich

Ja, +/- 25.

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

Braucht dann noch wer den expliziten Parameter Offset?

In praktischen Reglern gibt es ihn nicht.

[fu_zhou]

@paul53 ich würde eher zu einem negativen Xp greifen, als Ist- und Sollwert zu vertauschen, das macht man aus dem von dir angeführten Grund ja lieber nicht. Ich kenne die Möglichkeit des Offsets auf den Reglerausgang eigentlich durchgängig aus der SPS-Welt - s. z.B. auch die OSCAT-PID Beschreibung oben im Link.

[paul53]

@fu_zhou sagte: aus der SPS-Welt

Ich komme aus der DDC-Welt.

[mcm1957]

@paul53 @fu_zhou

OK, dann mach ich Folgendes:
-) expliziter Schalter "invert" (und Limit Xp > 0)
-) expliziter Offset (muss ja nicht benutzt werden)

P.S. Ich hab zwar Regelungstechnik studiert - aber einerseits ist das 40 Jahre her (wobei der PID Regler damals auch schon erfunden war) und andrerseits wisst ihr Eh dass Praxis ein Studium schlägt. Und die Praxis hatte ich von Anfang an im Programmieren (Assembler Intel 8080/8087 für Messgeräte über Pascal auf VMS (Digital Equipment, dann Compaq und HP) bis zuletzt C, Perl, Linux für online Transaktionssysteme)

DANKE euch allen für euren wertvollen Input.

[fu_zhou]

@mcm57 eine Vorbelegung sämtlicher Werte wäre sinnvoll, so dass kein "Null" im Objekt steht, z.B.:
Kp= 1
Tn= 60 (Sekunden)
Tv= 0 (D-Anteil deaktiviert => zunächst nur PI-Regler)
LL: 0
LH: 100
...

[fu_zhou]

@mcm57

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

-) expliziter Schalter "invert" (und Limit Xp > 0)

Das ist eine gute Lösung finde ich, vielleicht auch als Bool Objekt? Dann könnte man z.B. ein Stellglied, das heizen und kühlen kann, in die entsprechende Betriebsart bringen (z.B. über Temperaturdifferenz innen - außen) - auch wenn das wahrscheinlich eher wenig genutzt werden wird, weil das die Geräte selbständig tun, z.B. Lüftung Sommer- vs. Winter-Betrieb: Im Winter möchte ich die Wärmerückgewinnung nutzen, um die kalte Außenluft mit der warmen Abluft vorzuwärmen und im Sommer möchte ich die warme Außenluft mit der kühleren Abluft vorkühlen.

[fu_zhou]

@paul53 @mcm57
Zum Thema Begrenzung nochmal ein Gedanke:

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

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.

Heißt dass, dass sich der Reglerausgang (Stellwert) halbiert, wenn ich Max halbiere, z.B. durch ein Skript, auch ohne dass sich Soll oder Ist verändert? Wenn ich mir die Formeln anschaue, dann schon, weil der Regler ja zyklisch läuft. Das wäre aber kontraproduktiv, weil ich will ja nicht den Reglerausgang verändern, nur weil ich Max verändere. Daher sollte aus meiner Sicht neben Tn und Tv auch Kp angegeben werden und Kp nicht wie oben zyklisch berechnet werden. Habe das grade mal mit der S7 und dem CTRL_PID ausprobiert - da ist es so: Der Reglerausgang verändert sich nur bei Regelabweichung, nicht bei Veränderung von Min oder Max (LL und LH beim CTRL_PID). Außer Max < aktueller Reglerausgang, dann wird der Reglerausgang auf Max gesetzt.

Das ist aktuell auch mein Problem mit dem npm pi-controller: hier muss Xp angegeben werden und Kp wird wie oben berechnet. D.h. Wenn ich hier MaxOut verändere (mit pi.setOutputMax(m);) verändert sich der Reglerausgang y, selbst wenn aktuell ein stabiler Zustand erreicht ist und sich weder Soll noch Ist verändert.

[mcm1957]

@fu_zhou
Ja damit stell ich die Frage an Runde was denn nun als Parameter "üblich(er)" ist?

Xp oder Kp ?

xp = (max - min) * xp

xp geht in die Regelfunktion ein. D.h. gibt man xp an, dann Ändert min/max nichts am Ausgangssignal. Gibt man xp an, dann hat max/min direkten Einfluß auf das Ausgangssignal.

Im Prinzip würde ich eigentlich auch kp als logioscher betrachten. Aber ich bin kein Praktiker in Regelungstechnik.

Und im Prinzip bin ich wertfrei - nur beides gleichzeitig wird schwer
Bitte daher um eure Meinungen, insbesondere @paul53

[paul53]

@fu_zhou sagte: Heißt dass, dass sich der Reglerausgang (Stellwert) halbiert, wenn ich Max halbiere, z.B. durch ein Skript

Ja, Min und Max sollten konstante Parameter sein wie auch Tn und Tv. Soll eine variable Max-Begrenzung erfolgen, sollte dies im Anschluss mit dem Stellsignal passieren.

[fu_zhou]

@mcm57 für mich ganz klar Kp - aus oben angeführtem Grund.