DE102016103657A1

DE102016103657A1 - Method for controlling a state variable that can be regulated by a building-technical installation

Info

Publication number: DE102016103657A1
Application number: DE102016103657.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Gerlach; Jan Dähler
Original assignee: Insta GmbH
Current assignee: Insta GmbH
Priority date: 2016-03-01
Filing date: 2016-03-01
Publication date: 2017-09-07

Abstract

Ein Verfahren zum Regeln einer durch eine gebäudetechnische Installation regelbaren Zustandsgröße wird unter Verwendung eines einen proportionalen Anteil (P-Anteil) und einen integralen Anteil (I-Anteil) aufweisenden Reglers durchgeführt. Bei diesem Verfahren wird die Zustandsgröße über die Zeit zumindest über eine vorgegebene Zeitspanne erfasst und die erfasste Zustandsgröße als IST-Zustandsgröße wird mit einer SOLL-Zustandsgröße verglichen. Bei Feststellen einer Regelabweichung wird diese daraufhin bewertet, ob der zum Ansteuern der gebäudetechnischen Installation vorgesehene Stellaktor zum Kompensieren der Regelabweichung beeinflusst werden soll oder nicht. Im Falle einer zu veranlassenden Kompensation wird der Stellaktor entsprechend beeinflusst. Bei der Regelung der Stellgröße zum Ansteuern des Stellaktors zum Ausregeln eines Sollwertsprunges wird in einem ersten Schritt die Regelung mit einer Stellgröße ohne spürbaren Einfluss eines I-Anteils durchgeführt, bis die IST-Zustandsgröße in ein SOLL-Zustandsgrößenband (P-Band) eintritt, welches SOLL-Zustandsgrößenband durch die SOLL-Zustandsgröße einschließlich einer Abweichung hiervon dargestellt ist. Dann wird die Regelung mit einer Stellgröße fortgesetzt, die einen P-Anteil und einen I-Anteil umfasst, fortgesetzt wird, wobei der zweite Regelschritt mit einem vorgesteuerten I-Anteil beginnt und die weitere Anpassung des I-Anteils durch den reglerseitigen Regelalgorithmus erfolgt.A method for controlling a state variable controllable by a building-technical installation is performed by using a controller having a proportional (P-portion) and an integral (I-rate) portion. In this method, the state variable over time is detected at least over a predetermined period of time, and the detected state variable as the actual state variable is compared with a desired state variable. When a control deviation is detected, it is then evaluated as to whether or not the positioning actuator provided for controlling the building-technical installation is to be influenced for compensating the control deviation. In the case of a compensation to be caused the Stellaktor is influenced accordingly. In the control of the manipulated variable for driving the Stellaktors for compensating a setpoint jump, the control is performed with a manipulated variable without appreciable influence of an I-component in a first step until the actual state variable enters a desired state variable band (P-band), which SOLL state variable band is represented by the DESIRED state variable including a deviation thereof. Then, the control is continued with a manipulated variable, which includes a P-component and an I-component, is continued, wherein the second control step starts with a pre-controlled I-component and the further adjustment of the I-component by the controller-side control algorithm.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer durch eine gebäudetechnische Installation regelbaren Zustandsgröße unter Verwendung eines einen proportionalen Anteil (P-Anteil) und einen integralen Anteil (I-Anteil) aufweisenden Reglers, mit welchem Verfahren die Zustandsgröße über die Zeit zumindest über eine vorgegebene Zeitspanne erfasst und die erfasste Zustandsgröße als IST-Zustandsgröße mit einer SOLL-Zustandsgröße verglichen wird und bei Feststellen einer Regelabweichung diese daraufhin bewertet wird, ob der zum Ansteuern der gebäudetechnischen Installation vorgesehene Stellaktor zum Kompensieren der Regelabweichung beeinflusst werden soll oder nicht, wobei im Falle einer zu veranlassenden Kompensation der Stellaktor entsprechend beeinflusst wird. The invention relates to a method for controlling a state variable which can be regulated by a building-technical installation using a regulator having a proportional component (P-component) and an integral component (I-component), with which method the state variable over time over at least a predetermined period of time recorded and the detected state variable is compared as an actual state variable with a target state variable and upon detection of a control deviation this is then assessed whether the intended for driving the building services Stellaktor to compensate for the deviation should be affected or not, in the case of inducing compensation of Stellaktor is affected accordingly.

Gebäudetechnische Installationen, wie beispielsweise eine Heizungsanlage und/oder eine Klimaanlage dienen neben anderen gebäudetechnischen Installationen dem Zweck, in dem Gebäude bzw. in einzelnen Räumen desselben bestimmte Zustände einzustellen. Bei einer Heizungsanlage und bei einer Klimaanlage betrifft dieses die Einstellung der Raumtemperatur. Die gewünschte Raumtemperatur wird zum Beispiel durch einen Nutzer manuell vorgegeben oder wird systemseitig bereitgestellt. Zum Aufrechterhalten der gewünschten Temperatur werden üblicherweise PI-Regler oder PID-Regler eingesetzt. Diese ermöglichen ein automatisches Nachregeln der Zustandsgröße, wenn Abweichungen von dem SOLL-Wert festgestellt werden. Eine Regelabweichung kann sich beispielsweise durch auf die Zustandsgröße einflussnehmende Faktoren oder durch eine manuelle Änderung der SOLL-Temperatur einstellen. Einflussnehmender Faktor auf die Raumtemperatur in der Heizperiode kann beispielsweise eine Variation in der Vorlauftemperatur oder auch das Öffnen eines Fensters sein, wodurch die Raumtemperatur beeinflusst wird. Building technical installations, such as a heating system and / or air conditioning used in addition to other building services installations the purpose of setting in the building or in individual rooms of the same specific states. In a heating system and in an air conditioner this affects the setting of the room temperature. The desired room temperature is manually specified by a user, for example, or is provided by the system. To maintain the desired temperature usually PI controller or PID controller are used. These allow automatic readjustment of the state variable when deviations from the DESIRED value are detected. A control deviation can be adjusted, for example, by factors influencing the state variable or by a manual change in the set temperature. For example, an influencing factor on the room temperature in the heating period may be a variation in the flow temperature or even the opening of a window, which influences the room temperature.

PI-Regler sind Proportional-Integral-Regler, bei denen die Stellgröße aus einem proportionalen und integralen Anteil gebildet wird. Der P-Anteil ist der proportionale Anteil der Verstärkung. Der I-Anteil wirkt durch zeitliche Integration der Regelabweichung auf die Stellgröße mit der Gewichtung durch die Nachstellzeit. Bei einem PID-Regler kommt als D-Glied ein Differenzierer hinzu, der auf die Änderungsgeschwindigkeit der Regelabweichung reagiert. Über den D-Anteil eines PID-Reglers wird die Vorhaltzeit eingestellt. PI controllers are proportional-integral controllers in which the manipulated variable is formed from a proportional and integral component. The P component is the proportional component of the amplification. The I-component acts by temporally integrating the control deviation on the manipulated variable with the weighting by the reset time. In the case of a PID controller, a differentiator is added as a D-element, which responds to the rate of change of the system deviation. The derivative action time is set via the D component of a PID controller.

Für die Regelung der Raumtemperatur wird die Raumtemperatur als IST-Zustandsgröße erfasst und mit der SOLL-Zustandsgröße verglichen. Wird eine Abweichung der IST-Zustandsgröße von der SOLL-Zustandsgröße festgestellt, wird eine Stellgröße zum Ansteuern eines auf die gebäudetechnische Installation einwirkenden Stellaktors zum Bewirken einer Kompensation der Regelabweichung beeinflusst. For room temperature control, the room temperature is recorded as an actual state variable and compared with the target state variable. If a deviation of the actual state variable from the target state variable is detected, a manipulated variable for triggering a positioning actuator acting on the building installation is influenced in order to bring about a compensation of the system deviation.

Die Beeinflussung der Stellgröße erfolgt über die Regelparameter des PI-Reglers. Diese sind entweder standardmäßig vorgegeben oder werden bei der Inbetriebnahme der Heizungsanlage eingestellt. Die Regelparameter werden im ersteren Falle aus einem theoretischen Raummodell abgeleitet. Im letzteren Falle werden diese bei einem Zustand des Raumes eingestellt, in dem sich dieser bei der Inbetriebnahme der Heizungsanlage bzw. des Reglers befindet. The manipulated variable is influenced via the control parameters of the PI controller. These are either specified as standard or are set when commissioning the heating system. The control parameters are derived in the former case from a theoretical space model. In the latter case, these are set in a state of the room in which this is when commissioning the heating system or the controller.

Aufgrund der voreingestellten Regelparameter ist bei einem solchen Regler im Zusammenhang mit einer Kompensation einer Regelabweichung, vor allem bei einem Sollwertsprung bzw. insbesondere dann, wenn die eingestellten Regelparameter nicht zur Regelstrecke passen ein Überschwingen typisch, insbesondere dann, wenn externe Faktoren Ursache der Regelabweichung sind. Due to the preset control parameters is in such a controller in connection with a compensation of a control deviation, especially in a setpoint jump or especially if the set control parameters do not match the controlled system overshoot typical, especially if external factors cause the control deviation.

Aus DE 103 59 412 A1 ist ein Verfahren zum Berechnen einer Übergangskurve zum Überführen einer Regelgröße von einem Anfangswert in einen Endwert bekannt. Dieses bekannte Verfahren ist für eine Trajektorien-Planungseinrichtung vorgesehen, und zwar im Zusammenhang mit einem möglichen Fahrspurwechsel eines Kraftfahrzeuges. Berechnet wird beim Gegenstand dieses Standes der Technik eine Übergangskurve, durch die die Regelgröße zielgerichtet einem Endwert zugeführt wird. Dieses erfolgt rechnerisch. Ein Überschwingen, wie dieses bei einer Regelung von Zustandsgrößen einer gebäudetechnischen Installation, wie etwa der Heizung typisch ist, ist bei dem Verfahren gemäß diesem Stand der Technik nicht zu beobachten und wird daher in diesem auch nicht angesprochen. Dieser Stand der Technik befasst sich vielmehr mit dem Problem, wie eine erste Übergangskurve beeinflusst bzw. geändert werden muss, wenn während dem Prozess der Regelung – das heißt während des Prozesses, dass der Anfangswert in einen ersten Endwert überführt wird – sich die Rahmenbedingungen ändern und der erste berechnete Endwert nicht mehr angesteuert werden soll, sondern ein anderer, zwischenzeitlich aktualisierter. Out DE 103 59 412 A1 For example, a method for calculating a transition curve for transferring a controlled variable from an initial value to a final value is known. This known method is provided for a trajectory planning device, in connection with a possible lane change of a motor vehicle. In the subject matter of this prior art, a transition curve is calculated by which the controlled variable is purposefully fed to a final value. This is done by calculation. An overshoot, as is typical in a control of state variables of a building installation, such as the heating, is not observed in the method according to this prior art and is therefore not addressed in this. Rather, this prior art addresses the problem of how to influence or alter a first transient curve when, during the process of regulation - that is, during the process of transitioning the initial value to a first end value - the conditions change the first calculated final value is no longer to be controlled, but another, in the meantime updated.

Die Nachstellzeit, mit der die Regelung vorgenommen wird, hat Einfluss auf die Empfindlichkeit des Regelsystems und auf das Schwingungsverhalten. Es versteht sich, dass, je länger die Nachstellzeit gewählt wird, das Regelsystem unempfindlicher gegen Störungen ist. Bei vorbekannten Regelverfahren wird eine Nachstellzeit verwendet, mit der das Schwingungsverhalten möglichst wenig negativ beeinflusst wird. Diese Nachstellzeit ist jedoch sehr viel kürzer als diejenige, die man gerne einsetzen würde, um das Regelsystem unempfindlich gegen Störungen auszulegen. Bei vorbekannten Regelverfahren werden Nachstellzeiten in der Größenordnung von 9.000 sec eingestellt. The reset time with which the control is carried out has an influence on the sensitivity of the control system and on the vibration behavior. It is understood that the longer the reset time is chosen, the control system is less susceptible to interference. In previously known control method, a reset time is used with which the vibration behavior is influenced as little negative as possible. This reset time is very much shorter than the one you would like to use to make the control system insensitive to interference. In prior art control process reset times are set in the order of 9,000 sec.

Ein Überschwingen bei zu kein gewählter Nachstellzeit oder ein Kriechen bei zu groß gewählter Nachstellzeit im Zusammenhang mit einer Kompensation einer Regelabweichung lässt sich nur mit einem nicht unbeträchtlichen Aufwand reduzieren. Gerade bei gebäudetechnischen Installationen stehen die hierfür benötigten Ressourcen oftmals nicht zur Verfügung. Letztendlich lässt sich ein Überschwingen oder ein Kriechen aufgrund der gewählten Nachstellzeit jedenfalls für gewisse Situationen nicht vermeiden. Dieses ist jedoch unerwünscht. An overshoot in case of an unselected reset time or a creep if the reset time is too large in connection with a compensation of a system deviation can only be reduced with a not inconsiderable expense. Especially in building services installations, the resources required for this are often not available. Finally, overshoot or creep can not be avoided for certain situations due to the selected reset time. This is undesirable.

Vor dem geschilderten Hintergrund liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes, gattungsgemäßes Verfahren dergestalt weiterzubilden, dass, ohne größere Ressourcen zu benötigen, ein Überschwingen bei der Kompensation einer Regelabweichung insbesondere auch auf kostengünstige Art und Weise reduziert werden kann. Against the background described the invention therefore has the object of developing an aforementioned generic method such that, without requiring larger resources, overshoot in the compensation of a control deviation can be reduced in particular in a cost effective manner.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein eingangs genanntes, gattungsgemäßes Verfahren, bei dem bei der Regelung der Stellgröße zum Ansteuern des Stellaktors zum Ausregeln eines Sollwertsprunges in einem ersten Schritt die Regelung mit einer Stellgröße ohne spürbaren Einfluss eines I-Anteils durchgeführt wird, bis die IST-Zustandsgröße in ein SOLL-Zustandsgrößenband (P-Band) eintritt, welches SOLL-Zustandsgrößenband durch die SOLL-Zustandsgröße einschließlich einer Abweichung hiervon dargestellt ist, und dass dann die Regelung mit einer Stellgröße, die einen P-Anteil und einen I-Anteil umfasst, fortgesetzt wird, wobei der zweite Regelschritt mit einem vorgesteuerten I-Anteil beginnt und die weitere Anpassung des I-Anteils durch den reglerseitigen Regelalgorithmus erfolgt. This object is achieved according to the invention by an initially mentioned, generic method in which in the control of the manipulated variable for driving the Stellaktors for compensating a setpoint jump in a first step, the control is performed with a manipulated variable without appreciable influence of an I-share until the IS State variable enters a desired state variable band (P-band), which target state variable band is represented by the target state variable including a deviation thereof, and then the regulation having a manipulated variable comprising a P component and an I component , is continued, wherein the second control step starts with a pre-controlled I-part and the further adjustment of the I-component is carried out by the controller-side control algorithm.

Bei diesem Verfahren wird zur Kompensation einer Regelabweichung die Stellgröße in einem ersten Regelschritt ohne einen I-Anteil, jedenfalls ohne einen auf das Regelsystem spürbaren I-Anteil gebildet. Typischerweise wird dieser erste Regelschritt sogar mit einem P-Anteil von 100% durchgeführt. Dieses bedeutet, dass in einem ersten Regelschritt zum Kompensieren einer Regelabweichung der Regler ausschließlich bzw. quasi ausschließlich durch den P-Anteil beeinflusst ist. Erst wenn die IST-Zustandsgröße an die SOLL-Zustandsgröße angenähert ist, wird in die Stellgröße ebenfalls ein I-Anteil eingekoppelt. Dieses ist der Fall, wenn die IST-Zustandsgröße in ein SOLL-Zustandsgrößenband, auch als Proportionalband (P-Band) angesprochen, eintritt. Erst wenn die IST-Zustandsgröße in das Proportionalband eintritt, wird ein I-Anteil zugesteuert. Damit wird der I-Anteil bei einem positiven Sollwertsprung erst dann inkrementiert bzw. bei einem negativen Sollwertsprung erst dann dekrementiert, wenn die IST-Zustandsgröße ein den Arbeitspunkt (SOLL-Zustandsgröße) umgebendes Proportionalband erreicht hat bzw. in dieses eingetreten ist. Erreicht wird hierdurch, dass unabhängig von der Höhe des auszuregelnden Sollwertsprunges der I-Anteil erst zu einem relativ späten Zeitpunkt der Ausregelung eines Sollwertsprunges aufgebaut wird. Bei diesem Verfahren wird der I-Anteil, der die Stellgröße erst zu Beginn des zweiten Regelungsschrittes beeinflusst, nicht durch den üblichen regelseitigen Regelalgorithmus vorgegeben. Vielmehr wird bei dem beanspruchten Verfahren der zu Beginn des zweiten Regelschrittes zuzuschaltende I-Anteil als Vorsteuergröße vorgegeben. Ausgehend von diesem vorgesteuerten I-Anteil erfolgt die weitere Anpassung dann durch den üblichen Regelalgorithmus des Reglers. Bei diesem Verfahren ist eine Arbeitspunktfindung sehr viel zielgerichteter und zudem rascher. Vorteilhaft ist zudem, dass das den Arbeitspunkt umgebende Proportionalband recht klein gehalten werden kann. Handelt es sich bei der zu regelnden Zustandsgröße um die Raumtemperatur, können hierfür sogar Bandbreiten des Proportionalbandes von 0,5 K bis 2 K bei Nachstellzeiten zwischen 30.000 und 90.000 sec, typischerweise im Bereich von etwa 60.000 sec ausreichend sein. Gegenüber vorbekannten Regelverfahren kann bei diesem Verfahren die Nachstellzeit signifikant länger bemessen sein, ohne die bei herkömmlichen Verfahren mit entsprechend langer Nachstellzeiten sich einstellende Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Von Vorteil dieses Verfahrens ist nicht nur, dass ein Überschwingen oder ein Herankriechen gänzlich oder jedenfalls weitestgehend vermieden ist, sondern dass sich dieses Verfahren auch mit einem Minimum an Ressourcen, insbesondere Rechenressourcen vornehmen lässt. Die nicht unerhebliche Reduzierung eines Schwingungsverhaltens schont zudem nachgeschaltete Systeme, wie beispielsweise Ventile, Stellantriebe oder dergleichen, da diese entsprechend weniger häufig angesteuert werden müssen. Aufgrund der reduzierten Stellhäufigkeit derartiger nachgeschalteter Systeme kann die Nachlaufzeit bei der Bemessung des I-Anteils auch größer gewählt werden. In this method, to compensate for a control deviation, the manipulated variable is formed in a first control step without an I component, in any case without an I component that can be detected on the control system. Typically, this first control step is performed even with a P-content of 100%. This means that in a first control step to compensate for a system deviation, the controller is influenced exclusively or almost exclusively by the P component. Only when the actual state variable is approximated to the desired state variable, an I component is also coupled into the manipulated variable. This is the case when the actual state quantity enters a desired state variable band, also referred to as proportional band (P band). Only when the actual state variable enters the proportional band, is an I component added. In this way, the I component is only incremented in the case of a positive setpoint step change, or only decremented in the case of a negative setpoint step step, if the actual state variable has reached or entered a proportional band surrounding the operating point (desired state variable). This achieves the result that, regardless of the level of the setpoint value jump to be compensated, the I component is built up only at a relatively late point in time for the regulation of a desired value step. In this method, the I-component, which influences the manipulated variable only at the beginning of the second control step, is not specified by the usual control algorithm on the fly. Rather, in the claimed method, the I component to be switched on at the beginning of the second control step is predefined as the pilot control variable. Starting from this pilot-controlled I-component, the further adaptation then takes place by the usual control algorithm of the controller. In this process, finding a job is much more targeted and faster. It is also advantageous that the proportional band surrounding the operating point can be kept quite small. If the state variable to be controlled is around the room temperature, even bandwidths of the proportional band of 0.5 K to 2 K can be sufficient for reset times between 30,000 and 90,000 sec, typically in the range of approximately 60,000 sec. Compared with previously known control method, the reset time can be dimensioned significantly longer in this process, without having to accept the conventional methods with correspondingly long readjusting adjusting disadvantages. An advantage of this method is not only that an overshoot or a crawling is completely or at least largely avoided, but that this method can be made with a minimum of resources, in particular computing resources. The not inconsiderable reduction of a vibration behavior also protects downstream systems, such as valves, actuators or the like, since these must be controlled correspondingly less frequently. Due to the reduced setting frequency of such downstream systems, the lag time can be chosen to be larger in the design of the I component.

Der vorgesteuerte I-Anteil der Stellgröße kann durch einen fest vorgegebenen Wert vorgesteuert werden, der vorzugsweise einem I-Anteil zwischen 30 und 70% entspricht. Bereits hierdurch wird eine nicht unbeträchtliche Reduzierung in einem Überschwingen oder Herankriechens erzielt, da dieser Wert regelmäßig sehr viel näher an dem I-Anteilswert im ausgeregelten Zustand der Zustandsgröße liegt, verglichen mit einem Zuschalten des I-Anteils ohne Vorsteuerung. The pilot-controlled I component of the manipulated variable can be pre-controlled by a fixed predetermined value, which preferably corresponds to an I component of between 30 and 70%. Already hereby a not inconsiderable reduction in overshoot or creep is achieved, since this value is regularly much closer to the I-value in the controlled state of the state variable, compared to a connection of the I-part without feedforward.

Eine weitere Verbesserung in einer Reduzierung eines Überschwingens bei einem auszuregelnden Sollwertsprung kann dadurch erreicht werden, dass der vorgesteuerte I-Anteil einen Wert in Abhängigkeit von dem konkret auszuregelnden Sollwertsprung hat. Ausgewählt wird dieser I-Anteilswert aus einem Speicher, in dem diese I-Anteilswerte als Vorsteuergrößen in Abhängigkeit von vorgegebenen Sollwertsprüngen abgelegt sind. Ausgewählt als Vorsteuergröße wird sodann derjenige I-Anteil, der dem aktuell auszuregelnden Sollwertsprung entspricht oder diesem am ähnlichsten ist. Another improvement in reducing overshoot in one The setpoint step change to be corrected can be achieved by virtue of the fact that the pilot-controlled I component has a value as a function of the setpoint step to be concretely corrected. This I-component value is selected from a memory in which these I-component values are stored as pilot control variables as a function of predetermined setpoint jumps. Selected as Vorsteuergröße then that I-share, which corresponds to the currently adjusted setpoint jump or this is most similar.

Mit diesem Verfahren ist es auch möglich, das Regelungsverhalten der zu regelnden Zustandsgröße und somit das Verhalten des gesamten Regelkreises in die Bestimmung des vorgesteuerten I-Anteil einfließen zu lassen. Dieses ist möglich, wenn der vorgesteuerte I-Anteil einen Wert erhält, der dem tatsächlich ausgeregelten Zustand der zu regelnden Zustandsgröße entspricht. Zu diesem Zweck wird der I-Anteil der ausgeregelten Zustandsgröße gespeichert und zum Ausregeln eines aktuellen Sollwertsprunges als Vorsteuergröße genutzt. Dieser I-Anteilswert kommt dem im ausgeregelten Zustand der Zustandsgröße sich tatsächlich einstellenden I-Anteils bereits sehr nahe oder entspricht diesem sogar. Je nach Auslegung des Systems kann derjenige I-Anteilswert als Vorsteuergröße verwendet werden, der der SOLL-Zustandsgröße entspricht. Dieses setzt voraus, dass systemseitig eine entsprechende Speichermöglichkeit besteht, um für mehrere SOLL-Zustandsgrößen den jeweiligen I-Anteil im ausgeregelten Zustand abrufbar zu speichern. In einer einfacheren Ausgestaltung wird schlichtweg der systemseitig ohnehin abgelegte I-Anteil der zu regelnden Zustandsgröße als Vorsteuergröße für den I-Anteil zum Zwecke der Ausregelung eines Sollwertsprunges verwendet. Bei diesem I-Anteil handelt es sich um den des dem Sollwertsprung unmittelbar vorausgegangenen ausgeregelten Zustandes der zu regelnden Zustandsgröße. Bei einer solchen Verfahrensausgestaltung wird als vorgesteuerter I-Anteil mit einem solchen Wert nachgeladen, der demjenigen entspricht, mit dem die Zustandsgröße vor dem aktuellen Sollwertsprung ausgeregelt war. With this method, it is also possible to incorporate the control behavior of the state variable to be controlled and thus the behavior of the entire control loop in the determination of the pilot-controlled I-component. This is possible if the pilot-controlled I component receives a value which corresponds to the actually regulated state of the state variable to be controlled. For this purpose, the I-part of the controlled state variable is stored and used to correct a current setpoint step as a pilot control variable. This I-share value already comes very close to or even corresponds to the I-component actually occurring in the regulated state of the state variable. Depending on the design of the system, the I-component value can be used as the pilot control variable that corresponds to the DESIRED state variable. This presupposes that the system has a corresponding storage option in order to be able to store the respective I component in the regulated state for a plurality of desired state variables. In a simpler embodiment, the I component of the state variable to be regulated is simply used as the pilot control variable for the I component for the purpose of regulating a desired value step. This I-component is that of the controlled state of the state variable to be controlled which immediately precedes the setpoint jump. In such a method configuration is loaded as a pre-controlled I-portion with a value corresponding to that with which the state variable was corrected before the current setpoint step.

Durchaus möglich ist es auch, dass eine I-Anteilsvorsteuergröße sich aus dem letzten aktuellen I-Anteil im ausgeregelten Zustand der Zustandsgröße und einer von der Höhe des auszuregelnden Sollwertsprunges abhängigen Anpassungswert zusammensetzt. Dieser Anpassungswert berücksichtigt die Höhe des Sollwertsprunges und auch dessen Sprungrichtung – positiv oder negativ –, um auf diese Weise den erwarteten I-Anteil bei ausgeregelter SOLL-Zustandsgröße möglichst nahe zu kommen. It is also entirely possible for an I-share pilot control variable to be composed of the last current I-fraction in the regulated state of the state variable and an adaptation value that depends on the height of the setpoint step to be compensated. This adaptation value takes into account the magnitude of the desired value jump and also its jump direction-positive or negative-in order in this way to come as close as possible to the expected I-component with a controlled desired state variable.

Vorteilhaft einsetzen lässt sich dieses Verfahren im Rahmen von unterschiedlichen Gebäudeinstallationen. Besondere Bedeutung dürfte dieses Verfahren für eine Regelung einer Heizung und/oder Klimaanlage haben. Advantageously, this method can be used in the context of different building installations. This method should be of particular importance for regulating a heating and / or air conditioning system.

Gerade bei Flächenheizkörpern, wie beispielsweise Fußbodenheizungen ist ein Überschwingen nutzerseitig spürbar und daher besonders unerwünscht. Mit diesem Verfahren lassen sich diese Nachteile vermeiden, vor allem ohne Einsatz besonderer Ressourcen oder Hardwarekomponenten, die nicht ohnehin reglerseitig vorhanden wären. Especially with surface heaters, such as underfloor heating overshoot is perceived by the user and therefore particularly undesirable. With this method, these disadvantages can be avoided, especially without the use of special resources or hardware components that would not already exist on the controller side.

Das Verfahren setzt einen PI-Regler voraus. Es versteht sich, dass dieses Verfahren auch bei PI-Reglern mit weiteren Komponenten, wie beispielsweise PID-Reglern eingesetzt werden kann. The method requires a PI controller. It is understood that this method can also be used in PI controllers with other components, such as PID controllers.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur beschrieben. 1 zeigt in einer Diagrammzusammenstellung eine Simulation des Regelungsverhaltens einer Fußbodenheizung bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Gegenüberstellung zu einem Regelungsverfahren unter Verwendung eines PI-Reglers gemäß dem Stand der Technik. Die Diagramme zeigen das Regelungsverhalten einer Heizung eines Gebäuderaumes bei einem beispielhaften Sollwertsprung von 15°C au f 21°C. In den beiden Diagrammen sind die Kurven für die Regelung gemäß dem Stand der Technik strichpunktiert, während diejenigen für die Regelung gemäß der vorliegenden Erfindung mit durchgezogener Linienführung dargestellt. Die x-Achse ist die Zeitachse. Auf der y-Achse ist in dem oberen Diagramm die IST-Zustandsgröße aufgetragen, bei der es sich im vorliegenden Fall um die IST-Temperatur im Raum handelt. Gerastert sind in dem oberen Diagramm die P-Bänder eingetragen. In dem unteren Diagramm ist auf der y-Achse der I-Anteil an der Stellgröße aufgetragen. The invention is described below with reference to an embodiment with reference to the accompanying figure. 1 shows a diagram of a simulation of the control behavior of a floor heating when using the method according to the invention in a comparison to a control method using a PI controller according to the prior art. The diagrams show the control behavior of heating a building room with an exemplary setpoint step change from 15 ° C to 21 ° C. In the two diagrams, the curves for the control according to the prior art are dash-dotted, while those for the control according to the present invention shown in solid lines. The x-axis is the time axis. On the y-axis in the upper diagram, the actual state variable is plotted, which in the present case is the actual temperature in the room. The P bands are rasterized in the upper diagram. In the lower diagram, the I-component of the manipulated variable is plotted on the y-axis.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei Feststellen eines Sollwertsprunges – hier: von 15°C auf 21°C – die Regelu ng zunächst mit einem P-Anteil von 100% und dementsprechend einen I-Anteil von 0% durchgeführt. Deutlich wird dieses aus dem unteren Diagramm der 1, dass der I-Anteil unmittelbar zu Beginn des ersten Regelungsschrittes auf 0% abgesenkt wird. In diesem ersten Regelungsschritt wird die Regelung zum Ausregeln des Sollwertsprunges daher mit einem P-Anteil von 100% durchgeführt. Dieses erfolgt so lange, bis die Raumtemperatur als zu regelnde IST-Zustandsgröße in das P-Band eintritt. Im vorliegenden Fall beginnt das P-Band 1 K unterhalb der gewünschten SOLL-Temperatur von 21°C und somit bei 20°C. Mit dem Ein treten der IST--Zustandsgröße in das P-Band wird in die Stellgröße ein I-Anteil eingekoppelt. Mit diesem Schritt beginnt der zweite Regelungsschritt, bei dem die Ausregelung der Zustandsgröße sodann mit einem P-Anteil und einem I-Anteil durchgeführt wird. Der in die Regelung eingebrachte I-Anteil wird als Vorsteuergröße vorgegeben. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird hierfür der zuletzt systemseitig abgelegte I-Anteilswert als Vorsteuergröße verwendet. Der I-Anteil bei der zuletzt ausgeregelten Raumtemperatur betrug etwa 15%. Somit wird der I-Anteil als Vorsteuergröße mit diesem Wert vorgegeben. In dem unteren Diagramm der 1 sind diese Werte auf der das erfindungsgemäße Verfahren darstellenden I-Anteilskurve kenntlich gemacht. Somit beginnt die weitere Ausregelung des Sollwertsprunges mit dem vorgegebenen I-Anteil von 15%. Die weitere Regelung erfolgt mit dem dem Regler eigenen Regelalgorithmus. Demzufolge baut sich der I-Anteil zunächst auf. Da der I-Anteil an der Stellgröße erst mit dem Eintritt in das P-Band zugeschaltet wird, kann sich der I-Anteil nicht über Maßen aufbauen. Folglich ist einem Überschwingen wirksam entgegengewirkt. Im weiteren Regelungsverlauf erfolgt der Aufbau des I-Anteils mit reduzierter Aufbaugeschwindigkeit und erreicht etwa bei Sekunde 300 seinen ausgeregelten Wert von ca. 38%. Die Simulation wurde zeitlich gerafft durchgeführt. Der Zeitpunkt "Sekunde 300" in der Simulation entspricht in der Realität 30.000 Sekunden. Insofern wurde die Simulation mit hundertfacher Geschwindigkeit durchgeführt. Aufgrund der Vorsteuerung des I-Anteils ist im Unterschied zu einer Regelung gemäß dem Stand der Technik ein Überschwingen über den SOLL-Wert (hier: 21°C) vermi eden. Herkömmliche Systeme schwingen aufgrund des unterschiedlichen Verhaltens des I-Anteils über die Zeit über, wie dieses in der oberen Darstellung der 1 deutlich erkennbar ist. Je nach Einstellung des Reglers kann anstelle eines Überschwingens, wie in dem Diagramm dargestellt, auch der Kriechfall eintreten. Bei herkömmlichen Verfahren wird bei Feststellen eines auszuregelnden Sollwertsprunges die Regelung von Anfang an mit einem P-Anteil und mit einem I-Anteil durchgeführt. Die I-Anteilskurven an der Regelung bei dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik und demjenigen gemäß der Erfindung sind in dem unteren Diagramm der 1 deutlich zu erkennen. In the method according to the invention, upon determining a desired value step - here: from 15 ° C. to 21 ° C. - the control is initially carried out with a P content of 100% and accordingly an I proportion of 0%. This becomes clear from the lower diagram of the 1 in that the I component is lowered to 0% immediately at the beginning of the first control step. In this first control step, the control for correcting the setpoint jump is therefore carried out with a P proportion of 100%. This takes place until the room temperature enters the P band as the actual state variable to be controlled. In the present case, the P-band begins 1 K below the desired target temperature of 21 ° C and thus at 20 ° C. When the actual state variable enters the P band, an I component is coupled into the manipulated variable. With this step, the second control step begins, in which the compensation of the state variable is then carried out with a P-component and an I-component becomes. The I component introduced into the regulation is specified as a pre-tax quantity. In this exemplary embodiment, the I-component value last stored on the system side is used as the pilot control variable for this purpose. The I component at the last adjusted room temperature was about 15%. Thus, the I-component is specified as pre-control variable with this value. In the lower diagram of the 1 these values are indicated on the I-share curve representing the method according to the invention. Thus, the further compensation of the setpoint jump begins with the predetermined I component of 15%. The further regulation takes place with the controller algorithm proper. As a result, the I component builds up first. Since the I component of the manipulated variable is switched on only when it enters the P band, the I component can not build up excessively. Consequently, overshoot is effectively counteracted. In the further course of control, the build-up of the I component takes place with a reduced build-up speed and reaches its regulated value of about 38% at about 300 seconds. The simulation was carried out in time. The time "second 300" in the simulation corresponds in reality to 30,000 seconds. In this respect, the simulation was carried out at a hundredfold speed. Due to the precontrol of the I component, in contrast to a regulation according to the prior art, an overshoot above the nominal value (here: 21 ° C.) is avoided. Conventional systems oscillate over time due to the different behavior of the I component over time, as shown in the upper diagram of FIG 1 is clearly visible. Depending on the setting of the controller, instead of an overshoot, as shown in the diagram, also the creep case occur. In conventional methods, the control is performed from the beginning with a P-portion and with an I-share in determining a setpoint jump to be corrected. The I-component curves in the control in the prior art method and that according to the invention are shown in the lower diagram of FIG 1 clearly visible.

Gleiches lässt sich bei einem negativen Sollwertsprung beobachten. Auch hier wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Unterschwingen vermieden. In den beiden Diagrammen ist beispielhaft ein negativer Sollwertsprung von einer IST-Temperatur von 21°C auf 15 °C dargestellt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nach Feststellen dieses auszuregelnden Sollwertsprunges der I-Anteil an der Steuergröße auf 0% gesetzt. Der I-Anteil wird erst dann wieder in die Regelung eingebracht, wenn die IST-Zustandsgröße (die Raumtemperatur) das P-Band, hier: beginnend bei 16°C, erreicht hat. Der Vorsteuerwert des I-Ant eils beträgt auch in diesem Fall denjenigen Wert, den der I-Anteil bei ausgeregelter Zustandsgröße vor diesem aktuellen Sollwertsprung hatte. Im vorliegenden Fall beträgt der Vorsteuerwert des I-Anteils 38%. Der zuletzt ausgeregelte I-Anteil und die Vorsteuergröße, mit der bei Eintreten in das P-Band der I-Anteil vorgegeben wird, sind wiederum in der I-Anteilskurve bzgl. des erfindungsgemäßen Verfahrens in 1 kenntlich gemacht. Die weitere Regelung erfolgt mit dem reglerseitigen Regelalgorithmus. Auch bei diesem negativen Sollwertsprung ist ausweislich des Verhaltens der Heizung gemäß dem in 1 oben gezeigten Diagramm ein Unterschwingen nicht zu beobachten, während dieses bei vorbekannten Regelungsverfahren durchaus der Fall ist. The same can be observed with a negative setpoint step. Again, a undershoot is avoided by the inventive method. In the two diagrams, a negative setpoint jump from an actual temperature of 21 ° C to 15 ° C is shown by way of example. In the method according to the invention, the I-component of the control variable is set to 0% after the setpoint jump to be corrected is detected. The I component is only returned to the control when the actual state variable (the room temperature) has reached the P band, here: starting at 16 ° C. The pre-control value of the I-Ant is also in this case the value that had the I-part in a controlled state variable before this current setpoint step. In the present case, the pre-tax value of the I share is 38%. The last-adjusted I-component and the pilot-control variable with which the I-component is specified when entering the P-band are again in the I-component curve with respect to the method according to the invention in FIG 1 indicated. The further regulation takes place with the controller-side control algorithm. Also in this negative setpoint jump is evident as the behavior of the heater according to the in 1 The above diagram shown undershooting not to observe, while this is certainly the case with previously known control method.

Die Beschreibung der Erfindung verdeutlicht, dass ein Überschwingen oder Unterschwingen bei zu regelnden Zustandsgrößen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in einfacher, jedoch signifikanter Weise verbessert werden kann. The description of the invention makes it clear that an overshoot or undershoot in the case of state variables to be controlled can be improved in a simple, but significant way with the method according to the invention.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben worden. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Ausgestaltungen, die Erfindung verwirklichen zu können. The invention has been described with reference to an embodiment. Without departing from the scope of the applicable claims, numerous other embodiments for a person skilled in the art will be able to realize the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10359412 A1 [0007]

Claims

A method for controlling a variable of state controllable by a building installation using a proportional (P-portion) and integral (I-rate) controller, which method acquires the quantity of state over time at least over a predetermined period of time State variable is compared as an actual state variable with a target state variable and upon detection of a control deviation this is then evaluated whether the intended for driving the building services Stellaktor to compensate for the deviation should be affected or not, in case of compensation to be caused the Stellaktor is affected accordingly, characterized in that in the control of the manipulated variable for driving the Stellaktors for compensating a setpoint jump in a first step, the control performed with a manipulated variable without appreciable influence of an I-share rt until the actual state variable enters a desired state variable band (P-band), which nominal state variable band is represented by the desired state variable including a deviation thereof, and then the regulation with a manipulated variable which is a P component and an I-part is continued, wherein the second control step starts with a pre-controlled I-part and the further adjustment of the I-part by the controller-side control algorithm takes place.

A method according to claim 1, characterized in that in the first step of Ausregelns a setpoint jump, the control is performed with a control variable with a P-portion of 100%.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the pre-controlled I-portion, with which the manipulated variable is influenced, has a fixed value which is between 30% and 70% I component.

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the pilot-controlled I-component with which the manipulated variable is influenced is a fixed value as a function of the desired-value step to be corrected, which is read from a memory in which predefined setpoint jumps are to be compensated Values are stored.

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the pilot-controlled I-component with which the manipulated variable is influenced has a value which corresponds to that I component which it had in a regulated state of the state variable before the setpoint step value currently to be corrected.

Method according to Claim 5, characterized in that the I component is selected as a function of detected I component values of different adjusted states, which are stored in a memory.

A method according to claim 5, characterized in that is loaded as a pre-controlled I-component of the I-component with a value corresponding to that with which the state variable was corrected before the current setpoint step.

A method according to claim 7, characterized in that the value of the stored I-component is corrected by a dependent of the height of the setpoint jump to be corrected adjustment value.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the P-band is a SOLL state quantity enclosing band with a positive and a negative deviation from the desired state quantity.

Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that, starting from the pilot-controlled I-portion, this is incremented at a positive setpoint jump to be corrected and decremented when a negative setpoint step offset is to be compensated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the state variable to be controlled is the temperature of a room in a building and the technical building installation is a heater or an air conditioning system.

A method according to claim 11, characterized in that the SOLL state variable band has a bandwidth of 0.5 K to 2 K at a readjustment time between 30,000 and 90,000 sec.