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摘 要：介绍了非接触能量传输（Contactless Power Transfer）系统中控制算法设计思想，并分析了智能PID控制与常规PID控制的不同之处以及智能PID控制的设计。
关键词：CPT系统；智能PID控制；常规PID控制
1 CPT系统概述
随着科学技术的不断发展，社会经济飞速前进，电气化设备日益成为现代化生产和生活工具的主流。对于一些电气设备，传统供电方式限制了它们的普及和使用灵活性，同时给安全供电和环境安全问题带来了很大的影响。随着人们生活以及生产活动范围的扩大，人们迫切需要一种新型的电能传输技术来满足新型电气设备及各种特殊条件下的供电需求。CPT系统的的负载随机性较大、变化的参数较多，因此具有大时变、非线性等特点，难以建立精确的数学模型，而传统的经典控制理论和现代控制理论都是建立在被控对象精确数学模型基础上的，若采用传统的控制算法去设计CPT系统的控制系统难以满足系统的控制要求。因此，有必要对该控制系统主控制器的控制算法进行研究。
2 控制系统的结构框图
对于CPT系统的控制系统来说，主要是通过主控制器来调节动态电感的电流相移，达到控制CPT系统初级回路工作频率f稳定的目的。核心主控制器可以选择常规PID算法也可选择智能PID算法。若采用依赖于系统精确的数学模型的常规PID控制算法，则控制器参数的调试比较麻烦，即使调试好，也会因能量传输过程中参数变化而影响性能。
3 CPT控制系统中采用常规PID控制器的不足
PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性强以及可靠性高等特点，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统[1]。但是随着工业生产的发展，控制系统变得越来越复杂、不确定因素也日益增多，同时对相应的控制指标提出了更高的要求，采用常规的PID控制技术已不能达到理想的控制效果[2]。在CPT控制系统中采用常规PID控制器时，主要体现出以下几点不足：
① CPT系统具有高度非线性、大时变和纯滞后等特点。在噪声、负载扰动等因素的影响下，过程参数甚至模型结构均会随时间的变化而变化。因此，难以建立精确的数学模型。
② CPT系统的用电设备在不断地发生变化，即CPT系统的负载具有不确定性，要保证能量传输的效率就必须使控制器随着负载的变化进行适当的调整，即具备自适应和自学习能力，这是采用常规PID控制器无法满足的。
③ CPT系统的控制要求能满足多方面的综合性能，例如既要保证系统工作的稳定性，又要满足响应的实时快速性，同时又要保证分析处理的准确性等等。
综上所述，采用常规PID控制策略不能满足对CPT系统的控制要求，难于收到最佳控制效果，必须对其进行适当的改进，以加快控制系统的实时响应速度，增强控制器的自适应、自学习能力和抗干扰能力，提高控制系统的控制精度，从而保证能量传输的高效性和稳定性。
4 CPT系统中的智能PID控制
为了获得满意的系统性能，在控制中应根据系统的动态特征和行为，采取灵活有效的控制方式，以克服常规PID控制的不足之处，增强系统对于不确定性因素的适应性。
4.1 PID控制器设计
（4）第四偏差区：
在该区中，使用PID控制算法。由于偏差很小，所以引入积分控制，其控制律为：
其中Kp4、Ki4、Kd4分别为比例、积分、微分系数。此时u（k）=u（k-1）。
本文在常规PID控制器参数整定的基础上，利用试凑法整定智能PID控制器参数。在反复试凑的过程中，注意到由于大偏差区的控制量比较大，系统刚进小偏差区时速度比较大，因此系统在进入小偏差区后，比例控制取得比较小，以减小控制量，避免产生大的超调；对积分控制，系统进入小偏差区后，必须引入积分以保证系统的跟踪精度，使积分信号专门用于消除静差；对微分控制，刚开始比较大，以减小系统的超调，随偏差的减小 ，微分作用适当减弱，在e（k）< 以后，为提高系统跟踪的平稳性，其微分系数小于第三偏差区的微分系数。小偏差区的主要任务是保证系统的精度，系统在进入小偏差区后就不允许系统再进入大偏差区。
4.2 智能PID控制算法软件实现
智能分区PID控制算法在S3C2410芯片中完成。实现过程中，只要对采样转换值进行四则运算得到？驻e（k）、？驻e（k-1），而后按智能PID控制规则运算出k时刻针对相位差的控制相位u（k）即可。智能PID算法中emin以不影响系统的正常功率传输而定，emax根据系统无功补偿网络中电感的大小设定，即取决于系统的功率容量。emid、k1、k2等参数的大小在调试中具体确定，Kp、Kd、Ki的大小则按不同幅值变化段进行调试确定。
5 结论
本文针对CPT系统的智能控制器的设计问题，首先介绍了常规PID控制和智能PID控制的基本思想和方法，作为智能控制算法研究的理论基础。而后将智能PID应用于CPT系统的控制技术问题中，并在主程序和算法模块的软件流程图的基础上实现了控制算法的软件编程，完成了控制器的设计。
关键词：CPT系统；智能PID控制；常规PID控制
1 CPT系统概述
随着科学技术的不断发展，社会经济飞速前进，电气化设备日益成为现代化生产和生活工具的主流。对于一些电气设备，传统供电方式限制了它们的普及和使用灵活性，同时给安全供电和环境安全问题带来了很大的影响。随着人们生活以及生产活动范围的扩大，人们迫切需要一种新型的电能传输技术来满足新型电气设备及各种特殊条件下的供电需求。CPT系统的的负载随机性较大、变化的参数较多，因此具有大时变、非线性等特点，难以建立精确的数学模型，而传统的经典控制理论和现代控制理论都是建立在被控对象精确数学模型基础上的，若采用传统的控制算法去设计CPT系统的控制系统难以满足系统的控制要求。因此，有必要对该控制系统主控制器的控制算法进行研究。
2 控制系统的结构框图
对于CPT系统的控制系统来说，主要是通过主控制器来调节动态电感的电流相移，达到控制CPT系统初级回路工作频率f稳定的目的。核心主控制器可以选择常规PID算法也可选择智能PID算法。若采用依赖于系统精确的数学模型的常规PID控制算法，则控制器参数的调试比较麻烦，即使调试好，也会因能量传输过程中参数变化而影响性能。
3 CPT控制系统中采用常规PID控制器的不足
PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性强以及可靠性高等特点，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统[1]。但是随着工业生产的发展，控制系统变得越来越复杂、不确定因素也日益增多，同时对相应的控制指标提出了更高的要求，采用常规的PID控制技术已不能达到理想的控制效果[2]。在CPT控制系统中采用常规PID控制器时，主要体现出以下几点不足：
① CPT系统具有高度非线性、大时变和纯滞后等特点。在噪声、负载扰动等因素的影响下，过程参数甚至模型结构均会随时间的变化而变化。因此，难以建立精确的数学模型。
② CPT系统的用电设备在不断地发生变化，即CPT系统的负载具有不确定性，要保证能量传输的效率就必须使控制器随着负载的变化进行适当的调整，即具备自适应和自学习能力，这是采用常规PID控制器无法满足的。
③ CPT系统的控制要求能满足多方面的综合性能，例如既要保证系统工作的稳定性，又要满足响应的实时快速性，同时又要保证分析处理的准确性等等。
综上所述，采用常规PID控制策略不能满足对CPT系统的控制要求，难于收到最佳控制效果，必须对其进行适当的改进，以加快控制系统的实时响应速度，增强控制器的自适应、自学习能力和抗干扰能力，提高控制系统的控制精度，从而保证能量传输的高效性和稳定性。
4 CPT系统中的智能PID控制
为了获得满意的系统性能，在控制中应根据系统的动态特征和行为，采取灵活有效的控制方式，以克服常规PID控制的不足之处，增强系统对于不确定性因素的适应性。
4.1 PID控制器设计
（4）第四偏差区：
在该区中，使用PID控制算法。由于偏差很小，所以引入积分控制，其控制律为：
其中Kp4、Ki4、Kd4分别为比例、积分、微分系数。此时u（k）=u（k-1）。
本文在常规PID控制器参数整定的基础上，利用试凑法整定智能PID控制器参数。在反复试凑的过程中，注意到由于大偏差区的控制量比较大，系统刚进小偏差区时速度比较大，因此系统在进入小偏差区后，比例控制取得比较小，以减小控制量，避免产生大的超调；对积分控制，系统进入小偏差区后，必须引入积分以保证系统的跟踪精度，使积分信号专门用于消除静差；对微分控制，刚开始比较大，以减小系统的超调，随偏差的减小 ，微分作用适当减弱，在e（k）< 以后，为提高系统跟踪的平稳性，其微分系数小于第三偏差区的微分系数。小偏差区的主要任务是保证系统的精度，系统在进入小偏差区后就不允许系统再进入大偏差区。
4.2 智能PID控制算法软件实现
智能分区PID控制算法在S3C2410芯片中完成。实现过程中，只要对采样转换值进行四则运算得到？驻e（k）、？驻e（k-1），而后按智能PID控制规则运算出k时刻针对相位差的控制相位u（k）即可。智能PID算法中emin以不影响系统的正常功率传输而定，emax根据系统无功补偿网络中电感的大小设定，即取决于系统的功率容量。emid、k1、k2等参数的大小在调试中具体确定，Kp、Kd、Ki的大小则按不同幅值变化段进行调试确定。
5 结论
本文针对CPT系统的智能控制器的设计问题，首先介绍了常规PID控制和智能PID控制的基本思想和方法，作为智能控制算法研究的理论基础。而后将智能PID应用于CPT系统的控制技术问题中，并在主程序和算法模块的软件流程图的基础上实现了控制算法的软件编程，完成了控制器的设计。