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基于变速积分PID控制的标准时间远程复现

陈德好 杨志强 王玉琢

陈德好,杨志强,王玉琢. 基于变速积分PID控制的标准时间远程复现[J]. 计量科学与技术,2023, 67(1): 10-15 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0112
引用本文: 陈德好,杨志强,王玉琢. 基于变速积分PID控制的标准时间远程复现[J]. 计量科学与技术,2023, 67(1): 10-15 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0112
CHEN Dehao, YANG Zhiqiang, WANG Yuzhuo. Remote Reproduction of Standard Time Based on Variable Speed Integral PID Control[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(1): 10-15. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0112
Citation: CHEN Dehao, YANG Zhiqiang, WANG Yuzhuo. Remote Reproduction of Standard Time Based on Variable Speed Integral PID Control[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(1): 10-15. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0112

基于变速积分PID控制的标准时间远程复现

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0112
基金项目: 国家重点研发计划项目(2021YFB3900701)。
详细信息
    作者简介:

    陈德好(1993-),中国计量科学研究院研究生,研究方向:时间频率传递及溯源技术,邮箱:chendehaomail@163.com

    通讯作者:

    杨志强(1980-),中国计量科学研究院副研究员,研究方向:时间频率计量,邮箱:yangzq@nim.ac.cn

Remote Reproduction of Standard Time Based on Variable Speed Integral PID Control

  • 摘要: 随着高精密时间频率在各领域广泛应用,远程时间溯源需求在不断提高。为实现高精度高稳定度远程时间溯源,提出利用光纤时频链路实现高精度时间基准的远程复现,基于变速积分PID控制策略优化了原子钟驯服方法,利用中国计量科学研究院和平里与昌平两院区之间54 km的光纤时频比对链路验证了时间基准复现方案,实验结果表明:超过85%的远程复现时差绝对值优于0.3 ns;远程复现时间稳定度优于6 ps/d;远程复现频率稳定度优于5×10−16/d。
  • 图  1  光纤双向时间比对系统

    Figure  1.  Optical fiber bidirectional time comparison system

    图  2  远程时间复现系统

    Figure  2.  Remote time reproduction system

    图  3  固定参数PID控制的远程时间复现时差

    Figure  3.  Time deviation in remote time reproduction with fixed-parameter PID control

    图  4  参数优化后变速积分PID控制的远程时间复现时差

    Figure  4.  Time deviation in remote time reproduction with variable-speed integral PID control after parameter optimization

    图  5  不同PID控制的远程时间复现时间及频率稳定度对比图

    Figure  5.  Comparison of remote time reproduction and frequency stability under different PID controls

    表  1  不同PID控制后的仿真钟差均值的标准偏差

    Table  1.   The standard deviation of the mean value of the simulated clock errors after different PID control

    1/KiKp=0.3Kp=0.4Kp=0.5
    标准偏差/ns
    1/10000.1900.1830.185
    1/20000.1960.1800.173
    1/40000.2060.1850.173
    1/80000.2140.1890.175
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    表  2  不同v值PID控制后仿真钟差均值的标准偏差、频率稳定度(Kp =0.5,Ki=2000)

    Table  2.   Standard deviation and frequency stability of the mean value of simulated clock error after PID control with different v values (Kp =0.5, Ki =2000)

    v标准偏差/ns重叠阿伦方差
    00.17293.45e-15
    10000.17213.44e-15
    20000.17173.44e-15
    40000.17173.44e-15
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    表  4  远程时间复现的时间、频率稳定度统计表

    Table  4.   Statistical table of time and frequency stability in remote time reproduction

    控制方法平均时间110001000086400100000
    固定PIDTDEV/s3.01e-121.37e-106.19e-112.45e-112.20e-11
    MDEV5.22e-122.38e-131.07e-144.91e-163.81e-16
    变速积分PIDTDEV/s2.2e-121.13e-102.79e-115.83e-125.57e-12
    MDEV3.80e-121.95e-134.84e-151.17e-169.65e-17
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    表  3  远程时间复现的时差统计表

    Table  3.   Statistical table of time deviation in remote time reproduction

    控制方法观测点数0<|*|<=0.2 ns0.2<|*|<=0.3 ns0.3 ns <|*|<=0.4 ns0.4 ns<|*|<=0.9 ns
    固定PID1274243685529254466164284169306
    百分比53.80%19.97%12.89%13.29%
    变速积分PID129497786752823924812192766086
    百分比67.00%18.48%9.42%5.09%
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  • [1] 林弋戈, 梁坤, 方占军. 时间单位—秒的演进[J]. 中国计量, 2018(5): 16-17.
    [2] 房芳, 张爱敏, 李天初. 时间: 从天文时到原子秒[J]. 计量技术, 2019(5): 7-10.
    [3] 梁坤, 郝爽雨. NIMDO远程时间溯源装置—构建精准时间溯源传递体系[J]. 科技纵览, 2019(7): 78-79.
    [4] Liang K , Zhang A , Yang Z , et al. Preliminary time transfer through optical fiber at NIM[C]. 2015 Joint Conference of the IEEE International Frequency Control Symposium & the European Frequency and Time Forum (FCS). IEEE, 2015.
    [5] Borase R P, Maghade D K, Sondkar S Y, et al. A review of PID control, tuning methods and applications[J]. International Journal of Dynamics and Control, 2020(5): 818-827.
    [6] 刘金琨. 先进PID控制MATLAB仿真[M]. 北京: 电子工业出版社, 2004.
    [7] Zhu Kai, Fan Jin, Liang Kun, Tang Wei, et al. The time and frequency standard system for FAST receivers[J]. Research in Astronomy and Astrophysics, 2020, 20(5): 7.
    [8] 杨旭海, 翟惠生, 胡永辉, 等. 基于新校频算法的GPS可驯铷钟系统研究[J]. 仪器仪表学报, 2005(1): 41-44. doi: 10.3321/j.issn:0254-3087.2005.01.009
    [9] 李俊瑶, 周华伟, 黄亮. 频标驯服算法的改进研究[J]. 光学与光电技术, 2019, 17(2): 59-63. doi: 10.19519/j.cnki.1672-3392.2019.02.010
    [10] Jin Zeng, Li Guang Wang, Meng Jun Ye, et al. Research of Several PID Algorithms Based on MATLAB[J]. Advanced Materi-als Research , 2013, 2542: 760-762.
    [11] Patrizia T. Statistical and Mathematical Tools for Atomic Clocks[J]. Metrologia, 2008, 45(6): 183-192. doi: 10.1088/0026-1394/45/6/S24
    [12] 王祎晨. 基于抗积分饱和增量式PID算法的电机控制的研究[J]. 电气传动自动化, 2017, 39(6): 4. doi: 10.3969/j.issn.1005-7277.2017.06.003
    [13] Silva L, Flesch R, JE Normey-Rico. Analysis of Anti-windup Techniques in PID Control of Processes with Measurement Noise - ScienceDirect[J]. IFAC-PapersOnLine, 2018, 51(4): 948-953. doi: 10.1016/j.ifacol.2018.06.100
    [14] Gopal M, Sivakumar K. A Dual Seven-level Inverter Supply for an Open-end Winding Induction Motor Drive[J]. IEEE Trans. Ind. Electron., 2009, 56(5): 1665-1673. doi: 10.1109/TIE.2008.2010159
    [15] 梁坤, 方维, 顾杨义, 等. 远程时间传递与溯源方法, 装置及体系[J]. 计量科学与技术, 2021(4): 11.
    [16] 赵莎, 卢达, 孟静, 等. 时间频率远程校准在电力系统中的应用[J]. 计量科学与技术, 2021, 65(4): 14-18.
    [17] 韩凯, 丁超, 郁黎, 等. 基于NIMDO的时间频率远程校准应用研究[J]. 计量科学与技术, 2021, 65(7): 9-12. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2020.8014
    [18] 崔广新, 赵熙. 河南远程时间频率溯源站系统研究与建设[J]. 计量科学与技术, 2021, 65(7): 13-16,64. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2020.8009
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-10
  • 录用日期:  2022-05-24
  • 网络出版日期:  2023-02-09
  • 刊出日期:  2023-01-18

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