Verständnisprobleme mit Regler und Kaskadenregler

[Janvi]

Also, der innere DC Regler funktioniert. Es gibt Arbeitspunkte für einen reinen P Regler wo der Fehler im Vorzeichen hin und herschwingt. Bei größeren Leistungen ist das Schwingen vom Nullpunkt weiter weg. Also habe ich noch einen I Anteil hinzugefügt. Das regelt schon mal lustig hin und her und ich kann mit Kp und Ki rumspielen.

Ein Problem dabei hat sich schon rausgestellt. Die Stromaufnahme des WR folgt der Vorgabe in verschiedenen Fahrsituationen unterschiedlich schnell. D.h. die Regelstrecke hat keine konstanten Eigenschaften. Das ist aber wohl eher eine klassische Optimierungsaufgabe aus der Regelungstechnik.

Hier ist mein Javascript für NodeRed, abgeschrieben hier aus dem Regler Wiki. Für C und Assembler Programmierer etwas gewöhnungsbedürftig. Soll und Istwert werden in globalen Variablen übergeben. Zum Zugriff braucht man dann die Methoden flow.get und flow.set. Das msg Objekt wird in einer Rückkopplungsschleife mit einer Zykluszeit von derzeit 1 sek wieder hinten eingespeist bzw. msg.out vorne als Stellgröße an den Wechselrichter ausgekoppelt.

//flow.sv = Setpoint Value, Sollwert ist gewuenschter SOC Batterie Ladezustand
//flow.pv = Process Value, Ist wert ist der aktuelle SOC Batterie Ladezustand

const Kp = 0.5;                                    // proportional parameter
const Ki = 0.1;                                       // integraion parameter
const Kd = 0;                                       // differential parameter

let error = (flow.get("pv2") - flow.get("sv2"));    // difference between setpoint value and process value
msg.errsum += error;                                // integral difference

msg.out =   (Kp * error)+ (Ki * msg.errsum);

// + Kd * (error - msg.errold); // PID Regulator

msg.errold = error;                             // save Error for next cycle
msg.out = Math.round(msg.out)*-1 ;              // negative Einspeisung, positive Akkulast

if (msg.out < -33000) msg.out = -33000;         // top saturation
if (msg.out >   -333) msg.out =   -333;         // bottom saturation

return msg;

Edit: Die Kommentare im Code sind natürlich noch falsch bzw. stammen von einer älteren Version wo ich ohne Kaskade probiert habe. Soll und Istwert sind nicht der SOC sondern die Batterie-Leistungen.

[Holomino]

Bei Sonnenaufgang soll ja möglichst früh losgefahren werden um tagsüber maximal viel abspeichern zu können.

Hmmm,
dazu müsstest Du dann aber auch wissen, was wann an Ladeleistung im Tagesverlauf zur Verfügung stehen wird.

Weist Du das, wenn Du um 9:00 Uhr noch 20% SOC hast und zum Sonnenuntergang 30% Reserve haben willst?
Hast Du eine Wetter-Api?

[Janvi]

Die Wettervorhersage ist zur Einspeisung später möglich und auch vorgesehen. Erst mal sollte aber der Regler vernünftig funktionieren weil es sonst keinen Sinn macht die Parameter aufgrund von Wetterdaten zu optimieren. Mit Kp=0,5 und Ki=0,1 geht es schon ganz ordentlich bei Überschwingern <5%. Unabhängig von der Stromerzeugung kann ich den Akku jetzt gezielt mit einer bestimmten Leistung laden oder entladen. Laden geht natürlich nur wenn die Erzeugung größer als der Mindestverbrauch im Standby ist.

Typischerweise ist 9 Uhr die Zeit, wo die Produktion der Solarzelle den möglichen Verbrauch übersteigt, bzw. dann der Ladebetrieb des Akkus anfängt. Das hängt natürlich stark von den Jahreszeiten und vom Wetter ab. Aber genau diesen Punkt möchte ich wegen der Unsicherheiten regelungstechnisch treffen. D.h. der Regler fängt bei Sonnenaufgang an zu arbeiten, geht dann irgendwann in die Sättigung. Umgekehrt könnte er auch bis Sonnenuntergang mit anderen Parametern regeln. Dort ist der SOC aber recht hoch und muß nicht so genau zum Zeitpunkt des Sonnenuntergangs getroffen werden. Dazu gibt es ja dann die voraussichtlichen Nachtstunden dividiert durch Akkubestand. Auch das braucht nur in etwa getroffen zu werden.

Aber die minimal mögliche Akkufüllung soll genau zu dem Zeitpunkt erreicht werden, wo die Produktion den möglichen Verbrauch übersteigt. Das geht natürlich nur mit einem automatischen Regler irgenwie sinnvoll zu machen. Beim Fahren von Hand macht man da viel zu viel Fehler und es ist nervig solange davorzusitzen und den passenden Zeitpunkt dann doch zu verpassen.

Es ist eine Freude zwischenzeitlich zuzschauen wie die Messwerte und Zeiger in der Visualisierung zappeln. Durch hohe Fahrleistung wird der Ladestand nach Sonnenaufgang bzw. heute rasch wechselnde Bewölkung auch noch nach 9 Uhr mit konstanter Entladung automatisch niedrig gehalten. Die raschen Wolkenzüge sind mitunter schneller als mein Regler mit 1 sek Zykluszeit. Vielleicht mach ich das noch etwas schneller. Jetzt nur noch den äusseren Regler der Kaskade damit der Ladezustand nicht doch wieder mal versehentlich zu niedrig wird.

[Janvi]

Nachdem ich dem Regler jetzt eine Zeit lang zugeschaut habe, wird in obenstendem Code (aus dem Wiki hier abgeschrieben) ein Problem klar: Der Regler läuft lange Zeit am "Anschlag". Deshalb habe ich eine Begrenzung des Ausgangssignals von -333 auf -33000 eingstellt was sinnvollen Vorgabewerten für den Fahrmotor entspricht.

Befindet sich der Regler länger in der Sättigung, so nimme die Fehlersumme für den I -Anteil errsum = errsum+error mitunter riesige Werte an die viel größer sind als der Ausgangsbereich des Reglers. NodeRed arbeitet hier mit langen Integers praktisch ohne Begrenzung. Bei einer Vorzeichenumkehr des Fehlers nimmt die Fehlersumme zwar wieder ab, aber das kann viel zu lange dauern. Macht es deshalb Sinn, errsum ähnlich dem Ausgangssignal zu begrenzen? Falls ja auf das wievielfache des Ausgangswertes?

[Holomino]

Macht es deshalb Sinn, errsum ähnlich dem Ausgangssignal zu begrenzen?

Ja, macht Sinn. Im analogen Original ist der I-Anteil ein Tiefpass und kann damit nicht gegen Unendlich verschwinden.

Probier mal mit 4*maximalen Fehler. Und pass dabei auch die kI-Konstante an.

[Janvi]

Danke, die Begrenzung hat sich bereits bewährt und macht deutlichen Sinn. Gestern war ein absolut chaotisch bewölkter Tag wo es potentiell wirklich viel auszuregeln gab. Mit Robotern ist es wie an der Börse: Hin und Her macht Akku (Konto) leer. Hier die Ertragskurve, deren Leistung mit einer Nullregelung praktisch 1:1 an den Fahrmotor weitergegeben werden könnte um so auch mit einen minimal kleinen Akku bauen zu können. Neben der Energieerzeugung werde ich demnächst noch eine Visualisierung der Kurven bateln wo man sieht wie gut oder schlecht das ausgeregelt wird. Die Regelstrecke ist leider auch langsamer als erwartet. Erstmalig habe ich jetzt sogar die Rekuperation der Massen beobachtet.