Tuning of PID Controllers within Building Energy Systems

Fütterer, Johannes Peter; Müller, Dirk (Thesis advisor); Kosmatopoulos, Elias (Thesis advisor)

Aachen / E.ON Energy Research Center, RWTH Aachen University (2017, 2018) [Buch, Doktorarbeit]

Seite(n): 1 Online-Ressource (xviii, 162 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Kurzfassung

Diese Dissertation widmet sich der Entwicklung und der Demonstration eines erweiterten PID Autotuning-Algorithmus für Regelstrecken innerhalb der Automation von Gebäudeenergiesystemen. Es handelt sich um einen cloudbasierten Algorithmus, der große Rechenkapazitäten nutzt. Durch standardisierte Kommunikationsprotokolle lässt er sich dabei für alle Gebäudeautomationssysteme, die demheutigen Stand der Technik entsprechen, anwenden.Aufbauend auf dem Stand der Technik und Forschung wird der Algorithmus entwickelt und vorgestellt. Die Eigenschaften des Algorithmus werden im Rahmen einer Simulationsstudie analysiert und präsentiert. Anschließend wird dargestellt, wie die Automation eines Gebäudeenergiesystems zu einem Demonstrator für fortschrittliche Regelungstechnik umgebaut wurde. Der Umbau umfasst einerseits den Aufbau eines detailliertenMonitoring-Systems und andererseits die Implementierung von Schnittstellen zur Anbindung von externen Rechnern durch die Nutzung des Internetprotokolls. Als Demonstrator dient ein multifunktionales Bürogebäude, an welchem Feldtests des Algorithmus durchgeführt werden. Die Feldtestergebnisse und die Simulationsergebnisse werden in dieser Dissertation diskutiert.Der Beitrag der Dissertation liegt in der Entwicklung und Demonstration des neuartigen PID-Autotuning- Algorithmus selbst, der Identifizierung von Standardeinstellungen für typische, in Gebäuden vorkommende Regelkreise und auf der Demonstration des Algorithmus im Gebäudeautomationssystem während des realen Betriebs.Innerhalb des Feldversuchs erreicht der Algorithmus für verschiedene typische, grundsätzlich PID-regelbare Regelkreise eine Verbesserung der Regelgüte in 68% der untersuchten und quantitativ vergleichbaren Anwendungsfälle. Je nach Anwendungsfall werden Verbesserungen von bis zu 90% im Vergleich zu automatisch-adaptiv getunten Regelkreisen, bewertet nach dem zeitgewichteten Fehlerbetragsintegralkriterium, erreicht. Letzteres gilt sowohl für simulative Betrachtungen als auch für im Feldtest durchgeführte Experimente. Zusätzlich wurde die Anwendbarkeit des Algorithmus auf alternative Regelungsinfrastrukturen getestet. Diese sind zukünftigen, cloudbasierten Systemen nachempfunden und wurden innerhalb des Demonstrators aufgebaut. Bei diesen Regelkreisen ist das Tuning wesentlich weniger erfolgreich, was die Bedeutung hoher Signalauflösung sowie kurzer Übertragungszeiten bei zukünftigen Regelsystemen unterstreicht. Mit den hier verwendeten alternativen Infrastrukturen sind robuste Regelungen nur schwer realisierbar.

Identifikationsnummern

  • ISBN: 978-3-942789-48-6
  • REPORT NUMBER: RWTH-2017-10490

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