鄭文宏

智能PID算法在通信電源監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

鄭文宏

（大慶石油責(zé)任有限公司信息技術(shù)公司東風(fēng)分公司，黑龍江 大慶 163311）

通信電源是整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，通信電源的質(zhì)量直接影響到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況，因此對(duì)通信電源的監(jiān)控是十分必要的。本文將智能PID控制算法應(yīng)用在通信電源監(jiān)控系統(tǒng)中，并在Simulink平臺(tái)下進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明該算法能夠有效改善通信電源儲(chǔ)能環(huán)節(jié)的超調(diào)，縮短穩(wěn)態(tài)時(shí)間，改善電源充放電效率、延長蓄電池工作壽命。

通信電源；PID算法；蓄電池

在通信電源系統(tǒng)中，通常采用鉛酸蓄電池作為儲(chǔ)能元件，其理論壽命可達(dá)4～5年，但在實(shí)際使用中很少能達(dá)到理論壽命。為了解決充電設(shè)備不完善這個(gè)問題，本文提出了一種基于智能PID算法的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)，可以提高充電電流穩(wěn)定性，加快充電過程穩(wěn)態(tài)調(diào)整速度，提高電流和電壓控制精度［1，2］。

1　PID算法及智能PID算法

PID控制算法是在控制系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種控制方式。PID控制器結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、可靠性高，不需要建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，非常易于掌握，使人們?cè)陂L期的應(yīng)用中積累了豐富的操作經(jīng)驗(yàn)。PID控制算法的本質(zhì)是根據(jù)輸入的偏差值，按照比例、積分、微分的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果用于控制輸出量。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可靈活改變PID控制器結(jié)構(gòu)，從而滿足生產(chǎn)過程中復(fù)雜的需求。

PID算法包括三個(gè)環(huán)節(jié)：比例控制環(huán)節(jié)、比例微分控制環(huán)節(jié)和積分控制環(huán)節(jié)，其系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖1所示［3］。通過對(duì)PID的參數(shù)的調(diào)節(jié)，可以在不降低系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，有效改善系統(tǒng)的抗干擾能力［4］。

圖1　PID控制系統(tǒng)構(gòu)成Fig.1 The framework of controller of PID

PID控制器的控制表達(dá)式為：

在通信電源系統(tǒng)中通常采用鉛酸蓄電池作為儲(chǔ)能元件，在充放電控制系統(tǒng)中的被控對(duì)象執(zhí)行機(jī)構(gòu)是晶閘管，這就對(duì)控制精度提出了較高要求。

在PID控制中，并不能直接準(zhǔn)確的計(jì)算出積分和微分項(xiàng)，只能采用數(shù)值逼近的計(jì)算方式得到［3］。因此傳統(tǒng)PID控制算法并不完全適用于對(duì)晶閘管的控制。

為解決傳統(tǒng)PID算法存在的問題，本文提出了一種基于智能PID算法的控制策略，以改善傳統(tǒng)PID算法穩(wěn)定性不高、穩(wěn)態(tài)調(diào)整速度慢等缺點(diǎn)。引入了變速積分、抗積分飽和、不完全微分和加入死區(qū)等環(huán)節(jié)，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，縮短系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)間。智能控制包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、遺傳算法控制等，本文選取了模糊PID控制算法。模糊PID算法是基于傳統(tǒng)PID算法的改進(jìn)，利用人的先驗(yàn)知識(shí)制定模糊規(guī)則，調(diào)整PID參數(shù)，擴(kuò)展了傳統(tǒng)PID算法的使用范圍。模糊PID控制器的效果對(duì)于一般過程對(duì)象來說，與傳統(tǒng)PID控制器效果相近。但對(duì)于高階系統(tǒng)和非線性等復(fù)雜對(duì)象的控制效果要遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)PID控制器。本文采用的智能PID控制算法原理如圖2所示。

圖2　智能PID控制算法原理Fig.2 The framework of intelligent PID controller

2　基于智能PID算法的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果

在通信系統(tǒng)中通常采用蓄電池作為儲(chǔ)能元件，本文的監(jiān)控系統(tǒng)是對(duì)蓄電池的充放電進(jìn)行監(jiān)控，其控制系統(tǒng)如圖3所示。

圖3　蓄電池充電控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 The framework of charge control system

根據(jù)本文提出的智能PID控制算法，在Simulink中對(duì)本算法進(jìn)行仿真，仿真框圖如圖4所示。

圖4　智能PID算法Simulink仿真框圖Fig.4 The simulink mode of improved PID algorithm

基于傳統(tǒng)PID算法和基于智能PID算法的仿真結(jié)果如圖5、圖6所示。從仿真結(jié)果曲線可以發(fā)現(xiàn)，采用基于傳統(tǒng)PID算法的控制系統(tǒng)，其輸出電流達(dá)到50A需要0.25s，而采用基于智能PID算法的控制系統(tǒng)，其輸出電流達(dá)到50A只需0.08s，相比之下穩(wěn)態(tài)時(shí)間縮短了70%，而且從仿真曲線可以發(fā)現(xiàn)，輸出電流調(diào)整波動(dòng)明顯變小，說明本算法可以有效縮短響應(yīng)時(shí)間，并提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

圖5　傳統(tǒng)PID算法輸出電流仿真圖Fig.5 Simulation result chart of current with traditional PID algorithm

圖6　智能PID算法輸出電流仿真圖Fig.6 Simulation result chart of current with improved PID algorithm

3　結(jié)語

在通信電源監(jiān)控系統(tǒng)中，提出了一種智能PID算法，可以減小系統(tǒng)超調(diào)，縮短響應(yīng)時(shí)間，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。通過Simulink平臺(tái)的仿真結(jié)果，證實(shí)了本算法具有良好的效果。對(duì)改進(jìn)通信電源充放電效率、延長蓄電池工作壽命等方面具有實(shí)用意義。

［1］ 陳桂友，孫同景，張慶范，等.基于IPC的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)［J］.電源世界，2004，（08）：41-43.

［2］ 李俊.蓄電池快速充電技術(shù)研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2009.

［3］ 宋桂蓉，侯秀梅，王小平.改進(jìn)PID算法在通信電源監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.電源技術(shù)，2014，38（2）：367-368.

［4］ 孟浩，賈晨，陳志良.數(shù)字控制PFM/PWM混合型DC-DC開關(guān)電源［J］.微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2008，25（1）：166-169.

［5］黃友銳，曲立國.PID控制器參數(shù)整定與實(shí)現(xiàn)［M］.北京：科學(xué)出版社，2010.

Application of intelligent PID algorithm in monitoring system of communication power

ZHENGWen-hong
（Dongfeng Branch of Daqing Petroleum Limited Liability Company Information Technology Company，Daqing 163311，China）

Communication power supply is the key infrastructure of the whole communication network，the quality of communication power supply directly affects the operation of the entire network，thus monitoring of communication power supply is very necessary.In this paper，the intelligent PID control algorithm is applied in communication power supply monitoring system，and the simulation on the platform of Simulink，the simulation results show that the algorithm can effectively improve the communication power storage part of the overshoot，shorten the time of steady state power，improve the charge discharge efficiency，prolong the service life of storage battery.

Communication power supply；PIDalgorithm；Storage battery

TN91

A

1674-8646（2015）04-0052-02

2015-04-15

鄭文宏（1973-），男，黑龍江哈爾濱人，技師，從事通信電力系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控研究。