Stabilitätsverhalten von zweistufig entworfenen zeitdiskreten PI-Zustandsreglern bei Stellgrößenbegrenzungen

Abstract

Zusammenfassung Nachweise für die Stabilität von Regelkreisen, deren Stellgrößen an ihre Begrenzungen gelangen können und bei denen die Regler Integratoren oder andere dynamische Glieder sowie Anti-Windup-Maßnahmen enthalten, sind gewöhnlich sehr aufwändig zu führen. Bei PI-Zustandsreglern, die mittels der in [1]vorgestellten Methode in einem mehrstufigen Verfahren für Regelstrecken entworfen wurden, die bis auf die Stellgrößenbegrenzungen linear sind, lassen sich jedoch äußerst hilfreiche allgemeine Stabilitätsaussagen treffen, die den konkreten Stabilitätsnachweis für das Gesamtsystem – selbst unter Einbeziehung von Beobachtern – erheblich vereinfachen. Im vorliegenden Beitrag werden die diesbezüglichen, auf Steuerbarkeitsbetrachtungen beruhenden, Zusammenhänge für zeitdiskrete Regelkreise aufgezeigt sowie daraus exemplarisch mittels Ljapunow-Funktionen eine einfache Reglerformel für Zustandsregler abgeleitet, die auch im Begrenzungsfall stabil arbeiten. Ein Beispiel aus der elektrischen Antriebstechnik illustriert die Anwendbarkeit der vorgestellten Methode.