智能PID算法在通信電源監控系統中的應用

鄭文宏

智能PID算法在通信電源監控系統中的應用

鄭文宏

（大慶石油責任有限公司信息技術公司東風分公司，黑龍江 大慶 163311）

通信電源是整個通信網絡的關鍵基礎設施，通信電源的質量直接影響到整個網絡的運行情況，因此對通信電源的監控是十分必要的。本文將智能PID控制算法應用在通信電源監控系統中，并在Simulink平臺下進行仿真，仿真結果表明該算法能夠有效改善通信電源儲能環節的超調，縮短穩態時間，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

在通信電源系統中，通常采用鉛酸蓄電池作為儲能元件，其理論壽命可達4～5年，但在實際使用中很少能達到理論壽命。為了解決充電設備不完善這個問題，本文提出了一種基于智能PID算法的通信電源監控系統，可以提高充電電流穩定性，加快充電過程穩態調整速度，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中技術最成熟、應用最廣泛的一種控制方式。PID控制器結構簡單、穩定性好、可靠性高，不需要建立相應的數學模型，非常易于掌握，使人們在長期的應用中積累了豐富的操作經驗。PID控制算法的本質是根據輸入的偏差值，按照比例、積分、微分的函數關系進行運算，將運算結果用于控制輸出量。在實際應用時，可靈活改變PID控制器結構，從而滿足生產過程中復雜的需求。

PID算法包括三個環節：比例控制環節、比例微分控制環節和積分控制環節，其系統構成圖如圖1所示［3］。通過對PID的參數的調節，可以在不降低系統穩定性的前提下，有效改善系統的抗干擾能力［4］。

圖1　PID控制系統構成Fig.1 The framework of controller of PID

PID控制器的控制表達式為：

在通信電源系統中通常采用鉛酸蓄電池作為儲能元件，在充放電控制系統中的被控對象執行機構是晶閘管，這就對控制精度提出了較高要求。

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

為解決傳統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PID算法穩定性不高、穩態調整速度慢等缺點。引入了變速積分、抗積分飽和、不完全微分和加入死區等環節，提高了系統穩定性，縮短系統穩態時間。智能控制包括模糊控制、神經網絡控制、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PID算法的改進，利用人的先驗知識制定模糊規則，調整PID參數，擴展了傳統PID算法的使用范圍。模糊PID控制器的效果對于一般過程對象來說，與傳統PID控制器效果相近。但對于高階系統和非線性等復雜對象的控制效果要遠好于傳統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算法的監控系統設計及仿真結果

在通信系統中通常采用蓄電池作為儲能元件，本文的監控系統是對蓄電池的充放電進行監控，其控制系統如圖3所示。

圖3　蓄電池充電控制系統結構圖Fig.3 The framework of charge control system

根據本文提出的智能PID控制算法，在Simulink中對本算法進行仿真，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PID算法和基于智能PID算法的仿真結果如圖5、圖6所示。從仿真結果曲線可以發現，采用基于傳統PID算法的控制系統，其輸出電流達到50A需要0.25s，而采用基于智能PID算法的控制系統，其輸出電流達到50A只需0.08s，相比之下穩態時間縮短了70%，而且從仿真曲線可以發現，輸出電流調整波動明顯變小，說明本算法可以有效縮短響應時間，并提高系統穩定性。

圖5　傳統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　結語

在通信電源監控系統中，提出了一種智能PID算法，可以減小系統超調，縮短響應時間，提高系統穩定性。通過Simulink平臺的仿真結果，證實了本算法具有良好的效果。對改進通信電源充放電效率、延長蓄電池工作壽命等方面具有實用意義。

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

［2］ 李俊.蓄電池快速充電技術研究［D］.成都：西南交通大學，2009.

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

［4］ 孟浩，賈晨，陳志良.數字控制PFM/PWM混合型DC-DC開關電源［J］.微電子學與計算機，2008，25（1）：166-169.

［5］黃友銳，曲立國.PID控制器參數整定與實現［M］.北京：科學出版社，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，從事通信電力系統的集中管理與監控研究。