智能PID算法在通信电源监控系统中的应用

郑文宏

智能PID算法在通信电源监控系统中的应用

郑文宏

（大庆石油责任有限公司信息技术公司东风分公司，黑龙江 大庆 163311）

通信电源是整个通信网络的关键基础设施，通信电源的质量直接影响到整个网络的运行情况，因此对通信电源的监控是十分必要的。本文将智能PID控制算法应用在通信电源监控系统中，并在Simulink平台下进行仿真，仿真结果表明该算法能够有效改善通信电源储能环节的超调，缩短稳态时间，改善电源充放电效率、延长蓄电池工作寿命。

通信电源；PID算法；蓄电池

在通信电源系统中，通常采用铅酸蓄电池作为储能元件，其理论寿命可达4～5年，但在实际使用中很少能达到理论寿命。为了解决充电设备不完善这个问题，本文提出了一种基于智能PID算法的通信电源监控系统，可以提高充电电流稳定性，加快充电过程稳态调整速度，提高电流和电压控制精度［1，2］。

1　PID算法及智能PID算法

PID控制算法是在控制系统中技术最成熟、应用最广泛的一种控制方式。PID控制器结构简单、稳定性好、可靠性高，不需要建立相应的数学模型，非常易于掌握，使人们在长期的应用中积累了丰富的操作经验。PID控制算法的本质是根据输入的偏差值，按照比例、积分、微分的函数关系进行运算，将运算结果用于控制输出量。在实际应用时，可灵活改变PID控制器结构，从而满足生产过程中复杂的需求。

PID算法包括三个环节：比例控制环节、比例微分控制环节和积分控制环节，其系统构成图如图1所示［3］。通过对PID的参数的调节，可以在不降低系统稳定性的前提下，有效改善系统的抗干扰能力［4］。

图1　PID控制系统构成Fig.1 The framework of controller of PID

PID控制器的控制表达式为：

在通信电源系统中通常采用铅酸蓄电池作为储能元件，在充放电控制系统中的被控对象执行机构是晶闸管，这就对控制精度提出了较高要求。

在PID控制中，并不能直接准确的计算出积分和微分项，只能采用数值逼近的计算方式得到［3］。因此传统PID控制算法并不完全适用于对晶闸管的控制。

为解决传统PID算法存在的问题，本文提出了一种基于智能PID算法的控制策略，以改善传统PID算法稳定性不高、稳态调整速度慢等缺点。引入了变速积分、抗积分饱和、不完全微分和加入死区等环节，提高了系统稳定性，缩短系统稳态时间。智能控制包括模糊控制、神经网络控制、遗传算法控制等，本文选取了模糊PID控制算法。模糊PID算法是基于传统PID算法的改进，利用人的先验知识制定模糊规则，调整PID参数，扩展了传统PID算法的使用范围。模糊PID控制器的效果对于一般过程对象来说，与传统PID控制器效果相近。但对于高阶系统和非线性等复杂对象的控制效果要远好于传统PID控制器。本文采用的智能PID控制算法原理如图2所示。

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

2　基于智能PID算法的监控系统设计及仿真结果

在通信系统中通常采用蓄电池作为储能元件，本文的监控系统是对蓄电池的充放电进行监控，其控制系统如图3所示。

图3　蓄电池充电控制系统结构图Fig.3 The framework of charge control system

根据本文提出的智能PID控制算法，在Simulink中对本算法进行仿真，仿真框图如图4所示。

图4　智能PID算法Simulink仿真框图Fig.4 The simulink mode of improved PID algorithm

基于传统PID算法和基于智能PID算法的仿真结果如图5、图6所示。从仿真结果曲线可以发现，采用基于传统PID算法的控制系统，其输出电流达到50A需要0.25s，而采用基于智能PID算法的控制系统，其输出电流达到50A只需0.08s，相比之下稳态时间缩短了70%，而且从仿真曲线可以发现，输出电流调整波动明显变小，说明本算法可以有效缩短响应时间，并提高系统稳定性。

图5　传统PID算法输出电流仿真图Fig.5 Simulation result chart of current with traditional PID algorithm

图6　智能PID算法输出电流仿真图Fig.6 Simulation result chart of current with improved PID algorithm

3　结语

在通信电源监控系统中，提出了一种智能PID算法，可以减小系统超调，缩短响应时间，提高系统稳定性。通过Simulink平台的仿真结果，证实了本算法具有良好的效果。对改进通信电源充放电效率、延长蓄电池工作寿命等方面具有实用意义。

［1］ 陈桂友，孙同景，张庆范，等.基于IPC的通信电源监控系统［J］.电源世界，2004，（08）：41-43.

［2］ 李俊.蓄电池快速充电技术研究［D］.成都：西南交通大学，2009.

［3］ 宋桂蓉，侯秀梅，王小平.改进PID算法在通信电源监控系统中的应用［J］.电源技术，2014，38（2）：367-368.

［4］ 孟浩，贾晨，陈志良.数字控制PFM/PWM混合型DC-DC开关电源［J］.微电子学与计算机，2008，25（1）：166-169.

［5］黄友锐，曲立国.PID控制器参数整定与实现［M］.北京：科学出版社，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

郑文宏（1973-），男，黑龙江哈尔滨人，技师，从事通信电力系统的集中管理与监控研究。