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at - Automatisierungstechnik

Methoden und Anwendungen der Steuerungs-, Regelungs- und Informationstechnik

[AT - Automation Technology: Methods and Applications of Control, Regulation, and Information Technology
]

Editor-in-Chief: Bretthauer, Georg

12 Issues per year


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2196-677X
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Volume 63, Issue 12 (Dec 2015)

Issues

Prevention of windup caused by saturating sensors

Windup-Vermeidung bei begrenzenden Sensoren

Peter Hippe
Published Online: 2015-12-01 | DOI: https://doi.org/10.1515/auto-2015-0056

Abstract

Whereas the prevention of windup caused by a saturating actuator can be regarded as a solved problem, there is no agreed solution to this problem if sensors saturate. A method recently suggested by the author uses a saturation indicator to stabilize the nonlinear closed loop. It allows a nearly perfect rejection of constant disturbances, but there is no strict proof of stability for this approach. The solution presented here has about the same disturbance rejecting properties but its stability can be proven. It is applicable to minimum-phase SISO and MIMO systems and it also works for disturbances modelled by more complex signal processes. The restriction to disturbance rejection constitutes no loss of generality because reference signals can always be applied without causing windup effects.

Zusammenfassung

Während man die Vermeidung von Windup aufgrund einer Stellbegrenzung als gelöstes Problem ansehen kann, gibt es bisher keine allgemein akzeptierte Lösung, falls begrenzende Sensoren diese Effekte auslösen. Eine kürzlich vom Autor vorgeschlagene Methode benutzt einen Sättigungsindikator um den nichtlinearen Regelkreis zu stabilisieren. Dieser Ansatz erlaubt zwar eine nahezu perfekte Ausregelung sprungförmiger Störsignale, besitzt aber den Nachteil, dass es hierfür keinen strikten Stabilitätsbeweis gibt. Die hier präsentierte Lösung liefert nahezu dasselbe Störverhalten, ihre Stabilität ist jedoch streng beweisbar. Sie lässt sich auf minimalphasige Ein- und Mehrgrößensysteme anwenden und dies auch bei ständig einwirkenden Störungen, die in komplexeren Störprozessen modellierbar sind. Die Konzentration auf das Störverhalten stellt keine Beschränkung der Allgemeingültigkeit dar, weil man Führungssignale immer so aufschalten kann, dass kein Windup angeregt wird.

Schlagwörter: Sensor-Begrenzung; Windup-Vermeidung; SISO Systeme; MIMO-Systeme; ständig einwirkende Störungen

Keywords: Sensor saturation; windup prevention; SISO systems; MIMO systems; persistent disturbances

About the article

Peter Hippe

Dr.-Ing. Peter Hippe worked as Akademischer Direktor at Lehrstuhl für Regelungstechnik of the Universität Erlangen-Nürnberg till September 2006. Main fields of interest: Control systems with plant input restrictions, design of state controllers and of MIMO compensators in the frequency domain.

Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Regelungstechnik, D-91058 Erlangen, Tel: + 49-(0)9131-85-27135


Accepted: 2015-09-09

Received: 2015-05-12

Published Online: 2015-12-01

Published in Print: 2015-12-28


Citation Information: at - Automatisierungstechnik, ISSN (Online) 2196-677X, ISSN (Print) 0178-2312, DOI: https://doi.org/10.1515/auto-2015-0056.

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©2015 Walter de Gruyter Berlin/Boston. Copyright Clearance Center

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