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| | | '''PID''' ist ein Modul, das nach dem P-I-D Algorithmus einen Regler realisiert. |
| {{Baustelle}}
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| {{SEITENTITEL:PID20}}
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| '''PID20''' ist ein Modul, das nach dem P-I-D Algorithmus einen Regler realisiert. | |
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| == Projekt-Status ==
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| Das neue Modul befindet sich in der Evaluations-Phase und ist noch nicht für produktiven Einsatz freigegeben.<br/>
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| Die nachfolgenden Ausführungen dienen zur Spezifizierung der neuen geplanten Funktionalitäten.
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| == Features ==
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| * einstellbarer Bewertungs-/Berechungszyklus
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| * Überwachung des Istwert-Gebers über dessen Zeitstempel (Sensorausfall)
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| * Skalierbarkeit der Ausgabehäufigkeit an das Stellglied über Zeit und Mindeständerung
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| * Zwangsausgabe an das Stellglied nach Ablauf eines einstellbaren Zeitintervalls
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| * Notstellung des Stellgliedes, falls Istwert-Geber ausgefallen ist
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| * Begrenzung des Stellbereiches nach oben und unten
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| * Festlegung der Nachkommastellen (0..5) des Ausgabewertes zum Stellglied
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| * Festlegen einer minimalen Regelabweichung, ab der der Regler aktiv wird
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| * Festlegen des Reading-Namens für den Sollwert
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| * Festlegen des Reading-Namens für den Istwert
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| * Invertierung des Reglerwirksinnes
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| * Festlegen der minimalen Aktualisierungsrate der Readings
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| * Festlegen der Proportionalitätskonstanten P,I,D
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| == Aktuelle Version ==
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| ToDo.
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| === Define ===
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| <code>
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| define <name> PID20 sensor[:reading:regexp] actor:cmd
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| </code>
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| === Attribute ===
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| {| class="wikitable sortable"
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| |-
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| ! Parameter !! Wertebereich !! Default !! Beschreibung
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| |-
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| |pidActorValueDecPlaces||[0..5]||0||Anzahl der Nachkommstellen für Ausgabewert zu Aktor
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| |-
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| |pidActorInterval||uint||180||minimale Wartezeit in Sekunden, bis eine neue Ausgabe an das Stellglied erfolgen kann
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| |-
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| |pidActorThreshold||uint||1||Notwendige minimale Änderung zum Altwert der Stellgliedausgabe, damit diese erneut erfolgt
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| |-
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| |pidActorErrorAction||[freeze, errorPos]||freeze||legt das Verhalten der Ausgabe zum Stellglied fest, wenn der Istwert nicht innerhalb von <pidSensorTimeout> aktualisiert wurde (Sensor-Ausfall) <br />
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| freeze: Position des Stellgliedes beibehalten<br />
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| ErrorPos: Position anfahren, die unter Attribut <pidActorErrorPos> angegeben ist."
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| |-
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| |pidActorErrorPos||int||0||Diese Position ist einzunehmen, wenn pidActorErrorAction auf errorPos steht und der Istwert-Geber ausgefallen ist.
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| |-
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| |pidActorKeepAlive||uint||1800||Spätestens nach dieser Zeit erfolgt eine Zwangsausgabe an das Stellglied
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| (wenn PID nicht disabled und nicht stopped)
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| |-
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| |pidActorLimitLower||float||0||untere Begrenzung für das Stellglied
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| |-
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| |pidActorLimitUpper||float||100||obere Begrenzung für das Stellglied
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| |-
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| |pidCalcInterval||uint||60||Berechnungszyklus in Sekunden, nach dem die PID-Berechnung durchgeführt wird.
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| |-
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| |pidDeltaTreshold||uint||0||wenn die Regeldifferenz(delta) kleiner al pidDeltaThreshold,, dann wird der Regler eingefroren (state= idle)
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| |-
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| |pidDesiredName||string||desired||Name für das Reading, das den Sollwert für den Regler aufnehmen soll
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| |-
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| |pidMeasuredName||string||measured||Name für das Reading, das den Istwert für den Regler aufnehmen soll
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| |-
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| |pidSensorTimeout||uint||3600||Zeitlimit in Sekunden, nach dessen Überschreitung der Ausfall des Istwert-Gebers anzunehmen ist
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| |-
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| |pidReverseAction||[0,1]||0||Umgekehrter Wirksinn des Reglers
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| |-
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| |pidUpdateInterval||uint||300||Zeitlimit in Sekunden, nach der ein Zwangsupdate der Readings erfolgen muss (Kurvendarstellung).
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| |-
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| |pidFactor_P||pos. float||25||Proportionalitätskonstante für P-Anteil
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| |-
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| |pidFactor_I||pos. float||0,25||Proportionalitätskonstante für I-Anteil
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| |-
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| |pidFactor_D||pos. float||0||Proportionalitätskonstante für D-Anteil
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| |-
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| |disable||[0,1]||0||Freigabe/Sperren des Reglers
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| |}
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| === Setter ===
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| '''desired'''
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| * Funktion: Sollwert einstellen
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| * Name des Setters kann vom Anwender über das Attribute "pidDesiredName" definiert werden
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| '''start'''
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| * PID nimmt den Betrieb wieder auf, es werden P-, I- und D-Anteil vor dem Stop übernommen
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| '''stop'''
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| * PID geht in den Zustand stopped; alles wird praktisch eingefroren
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| '''restart'''
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| * arbeitet zunächst wie Start, jedoch gibt man an, mit welchen Prozentwert der Stellausgang anfangs stehen soll
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| === Readings ===
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| [[Datei:13 10 20 Pid readings.png]]
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| * actuation liefert den tatsächlichen Ausgabewert an das Stellglied
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| * actuationCalc liefert den internen Rechenwert des Ausgabewertes für das Stellglied(ohne Begrenzung)
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| * delta, die aktuelle Regeldifferenz
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| * desired (Name ist variabel), der Sollwert
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| * measured (Name ist variabel), der aktuelle Wert vom Istwertgeber
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| * p_p, der P-Anteil des Ausgabewertes für das Stellglied
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| * p_i, der I-Anteil des Ausgabewertes für das Stellglied
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| * p_d, der D-Anteil des Ausgabewertes für das Stellglied
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| * state, der Betriebszustand des Reglers
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| '''delta'''
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| <code>
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| delta = desired - measured (also Sollwert-Istwert)
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| </code>
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| '''actuation'''
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| <code>
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| actuation = actuationCalc
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| </code>
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| jedoch begrenzt durch pidActorLimitLower und pidActorLimitUpper
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| und formatiert via pidActorValueDecPlaces
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| '''actuationCalc'''
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| Der Ausgabewert für das Stellglied wird wie folgt berechnet
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| <code>
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| actuationCalc = p_d + p_i + p_d
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| </code>
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| '''state'''
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| {| class="wikitable"
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| |-
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| ! state !! Erläuterung
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| |-
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| | disabled || PID-Instanz ist inaktiv
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| |-
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| | initializing || Modul wurde initialisiert
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| |-
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| | idle || Berechnung ist inaktiv
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| |-
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| | processing || Berechnung ist aktive, Normalbetrieb
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| |-
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| | alarm || Ausnahmezustand, z.B. Timout des Istwert-Gebers
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| |}
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| == Hintergrund-Informationen ==
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| === list <pid-name> ===
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| <code>
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| Internals:
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| DEF DG.BAD.TF PID.Actor:state
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| NAME PID.PID
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| NR 616
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| NTFY_ORDER 50-PID.PID
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| STATE processing
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| TYPE PID
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| Readings:
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| 2013-10-20 17:13:41 actuation 97
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| 2013-10-20 17:21:42 actuationCalc 97.2079999999999
| |
| 2013-10-20 17:21:42 delta 0.199999999999999
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| 2013-10-20 17:13:41 desired 22
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| 2013-10-20 17:13:41 measured 21.8
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| 2013-10-20 17:21:42 p_d 0
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| 2013-10-20 17:21:42 p_i 92.2079999999999
| |
| 2013-10-20 17:21:42 p_p 4.99999999999998
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| 2013-10-20 17:21:42 state processing
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| Helper:
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| actor PID.Actor
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| actorCommand state
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| actorErrorAction freeze
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| actorErrorPos 0
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| actorInterval 300
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| actorKeepAlive 1800
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| actorLimitLower 0
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| actorLimitUpper 100
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| actorThreshold 4
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| actorTimestamp 2013-10-20 17:13:41
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| actorValueDecPlaces 0
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| calcInterval 60
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| deltaGradient 0
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| deltaOld 0.199999999999999
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| deltaOldTS 2013-10-20 17:18:07
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| deltaTreshold 0
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| desiredName desired
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| disable 0
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| factor_D 0
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| factor_I 0.25
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| factor_P 25
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| isWindUP 0
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| measuredName measured
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| reading temperature
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| regexp ([\d\.]*)
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| reverseAction 0
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| sensor DG.BAD.TF
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| sensorTimeout 3600
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| updateInterval 600
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| Attributes:
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| pidActorInterval 300
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| pidActorTreshold 4
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| pidActorValueDecPlaces 0
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| room PID
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| verbose 4
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| </code>
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| === Anti-WindUp-Strategie ===
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| Der integrale Anteil des PID-Reglers wird ohne Gegenmassnahmen auch dann weiter integriert,
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| wenn das Stellglied bereits an seine Grenzen gestossen ist.
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| Dies hat den Nachteil, dass nach einer Reduzierung der Regeldifferenz lange Wartezeiten entstehen können, bis das
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| Stellglied reagiert.
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| Dies nennt man den WindUP-Effekt.
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| Hierzu wurde die folgende Strategie entwickelt:
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| [[Datei:13 10 20 PID Windup.png|WindUP]]
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| Sobald das rechnerische Stellsignal (Ventilstellung Calc=actuationCalc) die obere Grenze des Stellgliedes überschreitet (pidActorLimitUpper) oder die untere Grenze unterschreitet (pidActorLimitLower), wird die Integration des I-Anteils eingefroren.
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| '''Am Beispiel:'''
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| An Position L1 überschreitet der rechnerische Ausgabewert des Stellgliedes die obere Grenze (100%).
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| Der I-Anteil verändert sich nicht mehr bis zur Position L2. Hier unterschreitet der Augabewert die
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| obere Grenze, der I-Anteil kann wieder verändert werden.
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| == Fragen und Antworten ==
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| ToDo.
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| == Weblinks ==
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| * [http://forum.fhem.de/index.php/topic,15060.0.html Initialer Forumseintrag zur Überarbeitung des PID-Moduls]
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| * [http://de.wikipedia.org/wiki/Regler Wikipedia Regler]
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| [[Kategorie:Glossary]]
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