Send-on-Delta-Abtastung in PID-Regelungen

Moderne Regelungssysteme wie in Gebäude- und Fabrikautomation werden als vernetzte digitale Systeme realisiert, die aus verteilten ereignisgesteuerten Knoten bestehen und sehr häufig PID-Regelungen (proportional-integral-derivative controller) beinhalten. Die große Anzahl von Ereignissen in diesen Systemen kann zu einer Reihe von Überlastproblemen führen, welche die Regelungsqualität verringern und in zusätzlichen Anschaffungs- und Betriebskosten resultieren. Diese Anzahl kann durch Send-on-Delta-Abtastung (SOD-Abtastung) reduziert werden, bei der die Ereignisse nicht äquidistant und nur bei wesentlichen Änderungen getriggert werden. Allerdings machen die entstehenden nicht-äquidistanten Abtastwerte die Anwendung der SOD-Abtastung in PID-Regelungen ohne Anpassung von Regelalgorithmen nicht möglich und erschweren die Analyse solcher Regelungen.

In der vorliegenden Arbeit wurden die Eigenschaften der SOD-Abtastung und spezifische Probleme bei ihrer Anwendung in PID-Regelungen untersucht. Einige Heuristiken zur Analyse dieser Regelungen wurden entwickelt. Auf der Basis der Ergebnisse dieser Analyse wurden drei Regelalgorithmen für PID-Regelungen mit SOD vorgeschlagen und anhand von Simulationen untersucht. Es wurde gezeigt, dass durch den Einsatz der entwickelten Regelalgorithmen die Anzahl der Ereignisse im Vergleich zu periodischen Systemen bei vergleichbarer Regelungsqualität bedeutend (um Faktor zwei bis vier) reduziert werden kann. Dadurch kann eine bessere Nutzung der Systemressourcen bzw. eine Vermeidung der Überlast erreicht werden.