粒子群法在优化可编程直流电子负载 PID 控制系统任务中的应用

И.С. Бобылкин, Александр Викторович Иванов, А.А. Кузёмкин, Е.В. Паринова, Е.М. Ивашкина
{"title":"粒子群法在优化可编程直流电子负载 PID 控制系统任务中的应用","authors":"И.С. Бобылкин, Александр Викторович Иванов, А.А. Кузёмкин, Е.В. Паринова, Е.М. Ивашкина","doi":"10.36622/1729-6501.2024.20.2.027","DOIUrl":null,"url":null,"abstract":"в настоящее время схема управления электронной нагрузкой постоянного тока обычно основана на аналоговом управлении, то есть контур управления формируется операционным усилителем. Таким образом, в процессе повышения тока легко вызвать низкую скорость отклика и перенапряжение, а улучшение скорости отклика имеет большое значение для тестовой линии, применяющей электронные нагрузки. Динамический отклик важен при тестировании нагрузки источников питания и батарей. Поэтому в данной статье изучается цифровое управление электронной нагрузкой постоянного тока. Цифровая система управления нагрузкой постоянного тока имеет характеристики нелинейности, что затрудняет ее теоретическое моделирование. Поэтому для получения математической модели используется набор инструментов State Flow отечественной среды динамического моделирования SimInTech. Традиционный метод настройки ПИД требует больших временных затрат и имеет плохой эффект. В этой статье используется ПИД-регулятор с самонастройкой параметров, основанный на алгоритме оптимизации роя частиц. Посредством SimInTech были смоделированы и сравнены две схемы управления: традиционное ПИД-управление и ПИД-управление с оптимизацией роем частиц (ОРЧ-ПИД управление). Результаты показывают, что оптимизированный ПИД-контроллер демонстрирует более быстрый отклик по сравнению с традиционным алгоритмом ПИД-управления, а производительность системы значительно улучшается. Разработанная система управления электронной нагрузкой позволит обеспечивать устойчивость к помехам и минимизировать их воздействие на управление.\n currently, the DC electronic load control circuit is mainly based on analog control, that is, the control circuit is controlled by an operational amplifier. Thus, in the process of increasing the current, it is easy to cause low response speed and overvoltage, and improving the response speed is of great importance for the test line. Dynamic response is important when testing the load of power supplies and batteries. Therefore, this article examines the digital control of a DC electronic load. The digital DC load control system has non-linearity characteristics, which makes it difficult to theoretically model it. Therefore, to obtain a mathematical model, the State Flow toolset of the domestic SimInTech dynamic modeling environment is used. The traditional method of setting up a PID requires a lot of time and has a bad effect. This article uses a self-tuning PID controller based on a particle swarm optimization algorithm. Two control schemes were modeled and compared using SimInTech modeling: traditional PID control and PID control with particle swarm optimization (PSO-PID control). The results show that the optimized PID controller demonstrates a faster response compared to the traditional PID control algorithm, and the system performance is significantly improved. The developed electronic load control system will ensure resistance to interference and minimize their impact on control.","PeriodicalId":515253,"journal":{"name":"ВЕСТНИК ВОРОНЕЖСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА","volume":" 40","pages":""},"PeriodicalIF":0.0000,"publicationDate":"2024-07-05","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":"0","resultStr":"{\"title\":\"APPLICATION OF THE PARTICLE SWARM METHOD IN THE TASK OF OPTIMIZING THE PID CONTROL SYSTEM OF A PROGRAMMABLE DC ELECTRONIC LOAD\",\"authors\":\"И.С. Бобылкин, Александр Викторович Иванов, А.А. Кузёмкин, Е.В. Паринова, Е.М. Ивашкина\",\"doi\":\"10.36622/1729-6501.2024.20.2.027\",\"DOIUrl\":null,\"url\":null,\"abstract\":\"в настоящее время схема управления электронной нагрузкой постоянного тока обычно основана на аналоговом управлении, то есть контур управления формируется операционным усилителем. Таким образом, в процессе повышения тока легко вызвать низкую скорость отклика и перенапряжение, а улучшение скорости отклика имеет большое значение для тестовой линии, применяющей электронные нагрузки. Динамический отклик важен при тестировании нагрузки источников питания и батарей. Поэтому в данной статье изучается цифровое управление электронной нагрузкой постоянного тока. Цифровая система управления нагрузкой постоянного тока имеет характеристики нелинейности, что затрудняет ее теоретическое моделирование. Поэтому для получения математической модели используется набор инструментов State Flow отечественной среды динамического моделирования SimInTech. Традиционный метод настройки ПИД требует больших временных затрат и имеет плохой эффект. В этой статье используется ПИД-регулятор с самонастройкой параметров, основанный на алгоритме оптимизации роя частиц. Посредством SimInTech были смоделированы и сравнены две схемы управления: традиционное ПИД-управление и ПИД-управление с оптимизацией роем частиц (ОРЧ-ПИД управление). Результаты показывают, что оптимизированный ПИД-контроллер демонстрирует более быстрый отклик по сравнению с традиционным алгоритмом ПИД-управления, а производительность системы значительно улучшается. Разработанная система управления электронной нагрузкой позволит обеспечивать устойчивость к помехам и минимизировать их воздействие на управление.\\n currently, the DC electronic load control circuit is mainly based on analog control, that is, the control circuit is controlled by an operational amplifier. Thus, in the process of increasing the current, it is easy to cause low response speed and overvoltage, and improving the response speed is of great importance for the test line. Dynamic response is important when testing the load of power supplies and batteries. Therefore, this article examines the digital control of a DC electronic load. The digital DC load control system has non-linearity characteristics, which makes it difficult to theoretically model it. Therefore, to obtain a mathematical model, the State Flow toolset of the domestic SimInTech dynamic modeling environment is used. The traditional method of setting up a PID requires a lot of time and has a bad effect. This article uses a self-tuning PID controller based on a particle swarm optimization algorithm. Two control schemes were modeled and compared using SimInTech modeling: traditional PID control and PID control with particle swarm optimization (PSO-PID control). The results show that the optimized PID controller demonstrates a faster response compared to the traditional PID control algorithm, and the system performance is significantly improved. The developed electronic load control system will ensure resistance to interference and minimize their impact on control.\",\"PeriodicalId\":515253,\"journal\":{\"name\":\"ВЕСТНИК ВОРОНЕЖСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА\",\"volume\":\" 40\",\"pages\":\"\"},\"PeriodicalIF\":0.0000,\"publicationDate\":\"2024-07-05\",\"publicationTypes\":\"Journal Article\",\"fieldsOfStudy\":null,\"isOpenAccess\":false,\"openAccessPdf\":\"\",\"citationCount\":\"0\",\"resultStr\":null,\"platform\":\"Semanticscholar\",\"paperid\":null,\"PeriodicalName\":\"ВЕСТНИК ВОРОНЕЖСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА\",\"FirstCategoryId\":\"1085\",\"ListUrlMain\":\"https://doi.org/10.36622/1729-6501.2024.20.2.027\",\"RegionNum\":0,\"RegionCategory\":null,\"ArticlePicture\":[],\"TitleCN\":null,\"AbstractTextCN\":null,\"PMCID\":null,\"EPubDate\":\"\",\"PubModel\":\"\",\"JCR\":\"\",\"JCRName\":\"\",\"Score\":null,\"Total\":0}","platform":"Semanticscholar","paperid":null,"PeriodicalName":"ВЕСТНИК ВОРОНЕЖСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА","FirstCategoryId":"1085","ListUrlMain":"https://doi.org/10.36622/1729-6501.2024.20.2.027","RegionNum":0,"RegionCategory":null,"ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":null,"EPubDate":"","PubModel":"","JCR":"","JCRName":"","Score":null,"Total":0}
引用次数: 0

摘要

目前,直流电子负载的控制电路通常基于模拟控制,即由运算放大器构成控制电路。因此,在电流上升过程中容易造成响应速度过低和过压,而提高响应速度对应用电子负载的测试线路具有重要意义。动态响应对于测试电源负载和电池非常重要。因此,本文研究了直流电子负载的数字控制。数字直流负载控制系统具有非线性特性,因此难以建立理论模型。因此,本文采用国内动态建模环境 SimInTech 的状态流工具箱来建立数学模型。传统的 PID 调节方法耗时长、效果差。本文采用了基于粒子群优化算法的参数自整定 PID 控制器。通过 SimInTech,对传统 PID 控制和粒子群优化 PID 控制(PSO-PID 控制)这两种控制方案进行了模拟和比较。结果表明,与传统的 PID 控制算法相比,优化 PID 控制器的响应速度更快,系统性能显著提高。开发的电子负载控制系统将提供抗干扰能力,并将干扰对控制的影响降至最低。目前,直流电子负载控制电路主要基于模拟控制,即控制电路由运算放大器控制。因此,在增大电流的过程中,容易造成响应速度低和过压,提高响应速度对测试线路具有重要意义。在测试电源和电池的负载时,动态响应非常重要。因此,本文研究了直流电子负载的数字控制。数字直流负载控制系统具有非线性特性,因此很难对其进行理论建模。因此,为了获得数学模型,本文使用了国内 SimInTech 动态建模环境的状态流工具集。传统的 PID 设置方法需要耗费大量时间,且效果不佳。本文采用基于粒子群优化算法的自调整 PID 控制器。利用 SimInTech 建模技术对两种控制方案进行了建模和比较:传统 PID 控制和粒子群优化 PID 控制(PSO-PID 控制)。结果表明,与传统的 PID 控制算法相比,优化后的 PID 控制器响应速度更快,系统性能显著提高。所开发的电子负载控制系统将确保抗干扰性,并将干扰对控制的影响降至最低。
本文章由计算机程序翻译,如有差异,请以英文原文为准。
APPLICATION OF THE PARTICLE SWARM METHOD IN THE TASK OF OPTIMIZING THE PID CONTROL SYSTEM OF A PROGRAMMABLE DC ELECTRONIC LOAD
в настоящее время схема управления электронной нагрузкой постоянного тока обычно основана на аналоговом управлении, то есть контур управления формируется операционным усилителем. Таким образом, в процессе повышения тока легко вызвать низкую скорость отклика и перенапряжение, а улучшение скорости отклика имеет большое значение для тестовой линии, применяющей электронные нагрузки. Динамический отклик важен при тестировании нагрузки источников питания и батарей. Поэтому в данной статье изучается цифровое управление электронной нагрузкой постоянного тока. Цифровая система управления нагрузкой постоянного тока имеет характеристики нелинейности, что затрудняет ее теоретическое моделирование. Поэтому для получения математической модели используется набор инструментов State Flow отечественной среды динамического моделирования SimInTech. Традиционный метод настройки ПИД требует больших временных затрат и имеет плохой эффект. В этой статье используется ПИД-регулятор с самонастройкой параметров, основанный на алгоритме оптимизации роя частиц. Посредством SimInTech были смоделированы и сравнены две схемы управления: традиционное ПИД-управление и ПИД-управление с оптимизацией роем частиц (ОРЧ-ПИД управление). Результаты показывают, что оптимизированный ПИД-контроллер демонстрирует более быстрый отклик по сравнению с традиционным алгоритмом ПИД-управления, а производительность системы значительно улучшается. Разработанная система управления электронной нагрузкой позволит обеспечивать устойчивость к помехам и минимизировать их воздействие на управление. currently, the DC electronic load control circuit is mainly based on analog control, that is, the control circuit is controlled by an operational amplifier. Thus, in the process of increasing the current, it is easy to cause low response speed and overvoltage, and improving the response speed is of great importance for the test line. Dynamic response is important when testing the load of power supplies and batteries. Therefore, this article examines the digital control of a DC electronic load. The digital DC load control system has non-linearity characteristics, which makes it difficult to theoretically model it. Therefore, to obtain a mathematical model, the State Flow toolset of the domestic SimInTech dynamic modeling environment is used. The traditional method of setting up a PID requires a lot of time and has a bad effect. This article uses a self-tuning PID controller based on a particle swarm optimization algorithm. Two control schemes were modeled and compared using SimInTech modeling: traditional PID control and PID control with particle swarm optimization (PSO-PID control). The results show that the optimized PID controller demonstrates a faster response compared to the traditional PID control algorithm, and the system performance is significantly improved. The developed electronic load control system will ensure resistance to interference and minimize their impact on control.
求助全文
通过发布文献求助,成功后即可免费获取论文全文。 去求助
来源期刊
自引率
0.00%
发文量
0
×
引用
GB/T 7714-2015
复制
MLA
复制
APA
复制
导出至
BibTeX EndNote RefMan NoteFirst NoteExpress
×
提示
您的信息不完整,为了账户安全,请先补充。
现在去补充
×
提示
您因"违规操作"
具体请查看互助需知
我知道了
×
提示
确定
请完成安全验证×
copy
已复制链接
快去分享给好友吧!
我知道了
右上角分享
点击右上角分享
0
联系我们:info@booksci.cn Book学术提供免费学术资源搜索服务,方便国内外学者检索中英文文献。致力于提供最便捷和优质的服务体验。 Copyright © 2023 布克学术 All rights reserved.
京ICP备2023020795号-1
ghs 京公网安备 11010802042870号
Book学术文献互助
Book学术文献互助群
群 号:604180095
Book学术官方微信