The windup phenomenon appears and results in the performance degradation when the PI controller output is saturated. A new anti-windup PI controller is proposed to improve the control performance of the variable-speed motor drives and it is experimentally applied to the speed control of a vector-controlled induction motor driven by a pulse width modulated(PWM) voltage source inverter (VSI). The integral state is separately controlled corresponding to whether the PI controller output is saturated or not. The experimental results show that the speed response has the much improved performances such as small overshoot and fast settling time over the conventional anti-windup technique. Although the operating speed command is changed, the similar control performance can be obtained by using the PI gains selected in the linear region.
A novel approach based on a nonlinear compensator is proposed to prevent 'windup', which is caused by the saturation of the actuator and the integration action of the controller. The anti-windup compensator is located between the conventional linear controller, designed neglecting the saturation, and the actuator. It was proven based on the describing function method that, if the closed loop control systems are stable assuming no saturation, then there exist a range of compensator gain which prevents any limit-cycle and hence, guarantees the system stability. The computer simulation results show that the compensator proposed in the manuscript can eliminate unstable limit cycle and improve the transient response.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.10
no.1
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pp.29-37
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2005
This paper presents a tuning-free conditional integration anti-windup strategy for induction machine with Proportional-Integral(PI) type speed controller. The on/off condition of integral action is determined by the frequency domain analysis of machine torque command without a prior knowledge of set-point changes. There are no tuning parameters to be selected by users for anti-windup scheme. In addition, the dynamic performance of the proposed scheme assures a desired tracking response curve with minimal oscillation and settling time even in the change of operating conditions. This algorithm is useful in many high performance induction machine applications not to allow the oscillation and overshoot of speed/torque responses. The main idea can be extended to general applications such as chemical processes and industrial robots.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.6
no.4
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pp.247-253
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2000
In this paper, we deal with the full range control problem of nonlinear boiler systems subject to complex actuator constraints. Firstly, $H\infty$ loop shaping design procedure[10] is used for the controller design. Secondly, modified high-gain feedback[11] for the loop shaping controller is adopted for the anti-windup function and the bumpless transfer technique between controllers is proposed for the full range control of nonlinear systems. Finally, the performance of the proposed controller is demonstrated through the simulation studies.
The windup phenomenon appears and results in performance degradation such as large overshoot, slow settling time when the integral-proportional (IP) controller output is saturated. An anti-windup IP controller is proposed to improve the control performance for the motor drives. The proposed algorithm is applied to the current control of a vector-controlled induction motor driven by a pulse width modulated(PWM) voltage-source inverter. The integral state is separately controlled corresponding to whether the IP controller output is saturated or not. The experimental results show that the current response has much improved performance such as little overshoot and fast settling time.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.4
no.2
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pp.141-150
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1998
This paper presents a dynamical anti-reset windup (ARW) compensation method for saturating control systems with multiple controllers and/or multiloop configuration. By regarding the difference of controller states in the absence and presence of saturating actuators as an objective function, the dynamical compensator which minimizes the objective function is derived in an integrated fashion. The proposed dynamical compensator is a closed form of plant and controller parameters. The resulting dynamics of compensated controller reflects the linear closed-loop system. The proposed method guarantees total stability of the resulting system. The effectiveness of the proposed method is illustrated by applying it to a servo motor control system. The paper is an extension of the results in Park and Choi[1].
This paper proposes a dynamic compensation scheme for input-constrained feedback linearizable nonlinear systems to cope with the windup phenomenon. Given a feedback linearizing controller for such a nonlinear system designed without considering its input constraint, an additional dynamic compensator is proposed to account for the constraint. This dynamic anti-windup is based on the minimization of a reasonable performance index, and some stability properties of the resulting closed-loop are presented.
This paper describes a simple proportional and integral control algorithm for a swirl motor controller and its application. The control algorithm may be complicated in order to have desired performance, such as low steady state errors, fast response time, and relatively low overshoot. At the same time, it should be compact so that it can be easily implemented on a low cost microcontroller, which has no floating-point calculation capability and low computing speed. These conflicting requirements are fulfilled by the proposed control algorithm which consists of a gain scheduling proportional controller and an anti-windup integral controller. The mechanical friction, which is caused by gears and a return spring, varies very nonlinearly according to the angular position of the system. This nonlinear static friction is overcome by the proportional controller, which has a two-dimensional look up gain table. It has error axis and angular position axis. The integral controller is designed not only to minimize the steady state error but also to avoid the windup effect, which may be caused by the saturation of a motor driver. The proposed control algorithm is verified by use of a commercial product to prove the feasibility of the algorithm.
The windup phenomenon appears and degrades control performance when a controller with integrating action is used and the plant input is limited. An anti-windup integral -proportional(IP) controller is proposed for the variable-speed motor drives and it is experimentally applied to the speed control of a vector-controlled induction motor driven by a pulse width modulated (PWM) voltage source inverter(VSI). Although the operating conditions like motor load and speed command is changed under the limited plant input it is experimentally verified that the speed response has much improved performance such as no overshoot and fast settling time and the maximum plant input is also effectively utilized.
An adaptive PID sliding mode controller is proposed for the position control of electro-hydrostatic actuator(EHA) systems with system uncertainties and saturation in the motor. An EHA prototype is developed and system modeling and parameter identification are executed. Then, adaptive PID sliding mode controller and optimal anti-windup PID controller are designed and the performance and robustness of the two control systems are compared by experiment. It was found that the adaptive PID sliding mode control system has better performance and is more robust to system uncertainties than the optimal anti-windup PID control system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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