1.前言

    蓄電池的(de)(de)充電控制系統是個(ge)非(fei)線(xian)性(xing)[1]的(de)(de)、時變(bian)的(de)(de)、有(you)干擾的(de)(de)、具有(you)純滯后的(de)(de)控制系統[2]。在充放電過(guo)程中(zhong)涉及(ji)到很多參數(shu)，如充電率、最大(da)允許充電電流、內阻、出氣點電壓(ya)、溫度、壽命等。

   傳統(tong)的(de)控(kong)制(zhi)系統(tong)是建立在(zai)被控(kong)對(dui)象(xiang)精(jing)確(que)數學(xue)(xue)模型(xing)基(ji)礎上的(de)，如果被控(kong)對(dui)象(xiang)的(de)數學(xue)(xue)模型(xing)很復(fu)雜或者數學(xue)(xue)模型(xing)無法建立，控(kong)制(zhi)系統(tong)就較難(nan)實現。蓄電池充電正是屬(shu)于這(zhe)種情況，由(you)于蓄電池的(de)充電過程有自己(ji)獨特的(de)物理化(hua)學(xue)(xue)規律，因此考慮采用(yong)模糊控(kong)制(zhi)技(ji)術來進行蓄電池的(de)充電控(kong)制(zhi) [3]。

   模(mo)(mo)糊控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)[4]是以模(mo)(mo)糊集合理論為(wei)基礎(chu)的(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)手段，它(ta)是模(mo)(mo)糊系統理論、模(mo)(mo)糊技(ji)術與(yu)自動控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)技(ji)術相(xiang)結合的(de)(de)產物,出發點是操作人員的(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)經(jing)驗或相(xiang)關專(zhuan)家的(de)(de)知識，在設(she)計(ji)中(zhong)不(bu)需要建立被控(kong)對象的(de)(de)精(jing)確數學模(mo)(mo)型[5]，因(yin)而(er)使得控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)機理和策略易于(yu)接受(shou)與(yu)理解(jie)，設(she)計(ji)簡單，便于(yu)應(ying)用。

2.模糊控制器的結(jie)構及(ji)算法(fa)

   基于微控制器(qi)組成的模糊(hu)控制器(qi)包(bao)括模糊(hu)化(hua)接口、決(jue)策邏輯、知識庫和(he)反模糊(hu)化(hua)接口四個部分(fen)，如圖1所示。

圖(tu)(tu)1模(mo)糊控制器的(de)結構框圖(tu)(tu)

Fig.1 The structure diagram of fuzzy controller

   在進行模糊控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)算(suan)法(fa)設計(ji)時，須首先(xian)考慮智能(neng)充電(dian)系統的(de)(de)(de)技術要(yao)求(qiu)，體(ti)現(xian)智能(neng)充電(dian)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)技術的(de)(de)(de)優(you)勢，解(jie)決長期困擾蓄電(dian)池裝備中的(de)(de)(de)效率和壽命問(wen)題，所(suo)以應當提高智能(neng)充電(dian)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)中對控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)量的(de)(de)(de)精(jing)度；其次，模糊控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)算(suan)法(fa)必須高速可(ke)靠，對外部檢測得(de)到的(de)(de)(de)物理(li)量要(yao)有非常快的(de)(de)(de)反應速度。采用新型大存儲容量的(de)(de)(de)微(wei)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器解(jie)決使用查表法(fa)所(suo)帶(dai)來的(de)(de)(de)需要(yao)大容量內存的(de)(de)(de)問(wen)題。

3 模糊(hu)控制器的設計

3.1雙輸入單輸出(chu)模糊控制器

    常(chang)見的模(mo)(mo)糊控制器[6]根據(ju)輸(shu)(shu)入(ru)與輸(shu)(shu)出(chu)(chu)個數分為單輸(shu)(shu)入(ru)單輸(shu)(shu)出(chu)(chu)、雙(shuang)輸(shu)(shu)入(ru)單輸(shu)(shu)出(chu)(chu)、多輸(shu)(shu)入(ru)單輸(shu)(shu)出(chu)(chu)和雙(shuang)輸(shu)(shu)入(ru)多輸(shu)(shu)出(chu)(chu)等幾種。平(ping)時應用較多的是雙(shuang)輸(shu)(shu)入(ru)單輸(shu)(shu)出(chu)(chu)模(mo)(mo)糊控制器。

圖2 雙(shuang)輸入(ru)單輸出(chu)模糊控制器方框圖

 Fig.2 The rectangular diagram of fuzzy cONtroller witch has two input units and one output unit

    圖2是(shi)雙(shuang)輸入單輸出模(mo)糊(hu)(hu)(hu)控制器的方框(kuang)圖。其(qi)中屬(shu)于論域X的模(mo)糊(hu)(hu)(hu)集合(he) 取自(zi)系(xi)統誤差e的模(mo)糊(hu)(hu)(hu)化，屬(shu)于論域Y的模(mo)糊(hu)(hu)(hu)集合(he) 取自(zi)系(xi)統誤差變(bian)化率(lv) 的模(mo)糊(hu)(hu)(hu)化，二(er)者構成模(mo)糊(hu)(hu)(hu)控制器的二(er)維輸入；屬(shu)于論域Z的模(mo)糊(hu)(hu)(hu)集合(he) 是(shi)反映控制量變(bian)化的模(mo)糊(hu)(hu)(hu)控制器的一(yi)維輸出，模(mo)糊(hu)(hu)(hu)控制器的控制規則[7]通常由模(mo)糊(hu)(hu)(hu)條(tiao)件語句if    and    then  來(lai)表達。

3.2精確(que)量(liang)的(de)模糊化

   模(mo)(mo)糊控制(zhi)系統中的被(bei)控對(dui)象(xiang)狀態變化是(shi)連(lian)續(xu)(xu)(xu)的，系統給定值也(ye)是(shi)連(lian)續(xu)(xu)(xu)的,反映到模(mo)(mo)糊控制(zhi)器輸入(ru)端的輸入(ru)量(liang)也(ye)必然是(shi)連(lian)續(xu)(xu)(xu)的。但(dan)模(mo)(mo)糊控制(zhi)器由(you)計算(suan)機(ji)構(gou)成，它只(zhi)能執(zhi)行(xing)離(li)(li)散(san)(san)處理[7]。因此(ci)模(mo)(mo)糊控制(zhi)器要求輸入(ru)量(liang)是(shi)離(li)(li)散(san)(san)模(mo)(mo)糊量(liang)，即論(lun)(lun)域是(shi)離(li)(li)散(san)(san)的。對(dui)連(lian)續(xu)(xu)(xu)論(lun)(lun)域要進行(xing)離(li)(li)散(san)(san)化。連(lian)續(xu)(xu)(xu)論(lun)(lun)域[8]經過量(liang)化后(hou)就(jiu)成為一個離(li)(li)散(san)(san)論(lun)(lun)域[8]。

設有連續論(lun)(lun)域(yu)[a，b]，而量化之后的離散論(lun)(lun)域(yu)為 ，亦即將(jiang)連續論(lun)(lun)域(yu)分為2n段，則存在系數

                                                                   （1）

   隨后，在求出每條規(gui)(gui)(gui)則(ze)的強度之后，把相(xiang)互矛盾的規(gui)(gui)(gui)則(ze)中強度較小(xiao)的舍去(qu)；把相(xiang)同規(gui)(gui)(gui)則(ze)合(he)成一條規(gui)(gui)(gui)則(ze)，得到最后控(kong)制規(gui)(gui)(gui)則(ze)基。

3.3.2根(gen)據學習算法生成控(kong)制規則

   對被控(kong)(kong)對象執行手動控(kong)(kong)制(zhi)所(suo)得到的控(kong)(kong)制(zhi)規則(ze)(ze)是較粗糙(cao)的，有時(shi)(shi)還可(ke)能(neng)會出現控(kong)(kong)制(zhi)死區，一個控(kong)(kong)制(zhi)規則(ze)(ze)表(biao)中會出現空(kong)項,這是不能(neng)滿足(zu)實(shi)際控(kong)(kong)制(zhi)要求的。為(wei)了(le)取(qu)得更滿意的控(kong)(kong)制(zhi)效果(guo)，可(ke)以(yi)(yi)對原始的控(kong)(kong)制(zhi)規則(ze)(ze)進(jin)(jin)行改進(jin)(jin)。這時(shi)(shi)，應以(yi)(yi)粗糙(cao)的控(kong)(kong)制(zhi)規則(ze)(ze)為(wei)基(ji)礎，通(tong)過仿真實(shi)驗和系統調試加以(yi)(yi)完善。

4.模糊(hu)智能充電系統的工作(zuo)原理及(ji)結構

   智能充電(dian)(dian)系統(tong)主要由(you)充電(dian)(dian)電(dian)(dian)源和單片機控(kong)制(zhi)(zhi)電(dian)(dian)路(lu)兩部(bu)分組(zu)成。220V的交流(liu)市電(dian)(dian)經(jing)整流(liu)濾波(bo)電(dian)(dian)路(lu)變為(wei)脈(mo)動(dong)的310V高壓(ya)(ya)(ya)(ya)直流(liu)。然后經(jing)DC-DC變換電(dian)(dian)路(lu)（脈(mo)沖功率變壓(ya)(ya)(ya)(ya)器）變為(wei)充電(dian)(dian)所需的60V直流(liu)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)。為(wei)了保證輸出電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)的穩(wen)定(ding)性(xing)，采(cai)用了UC3842對60V直流(liu)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)進行穩(wen)壓(ya)(ya)(ya)(ya)。二次斬(zhan)波(bo)電(dian)(dian)路(lu)主要由(you)MOSFET管(guan)(guan)、電(dian)(dian)感、電(dian)(dian)容和二極管(guan)(guan)組(zu)成，輸出24-36V的充電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)。控(kong)制(zhi)(zhi)部(bu)分采(cai)用C504單片機，通(tong)過對蓄電(dian)(dian)池端電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)信號(hao)的采(cai)集、分析處(chu)理、模糊(hu)推理[8]、模糊(hu)決策等，控(kong)制(zhi)(zhi)二次斬(zhan)波(bo)電(dian)(dian)路(lu)中的MOSFET管(guan)(guan)的通(tong)斷時間來(lai)控(kong)制(zhi)(zhi)充電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)。控(kong)制(zhi)(zhi)部(bu)分還包括對電(dian)(dian)流(liu)和溫(wen)度的采(cai)集以(yi)及電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)和電(dian)(dian)流(liu)的顯示。總(zong)體結構如圖3所示。

圖3 智能充電系統總體結構框圖

5結論

  蓄電(dian)池(chi)的(de)(de)(de)充(chong)放(fang)電(dian)過程是一個復雜的(de)(de)(de)過程，要用精確數(shu)學模型對蓄電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)的(de)(de)(de)控制則有(you)相當(dang)的(de)(de)(de)難度。蓄電(dian)池(chi)的(de)(de)(de)充(chong)電(dian)控制系統是個非線性(xing)的(de)(de)(de)、時變的(de)(de)(de)、有(you)干擾的(de)(de)(de)、具有(you)純滯后的(de)(de)(de)控制系統，在充(chong)放(fang)電(dian)過程中(zhong)涉及到很多參數(shu)，如充(chong)電(dian)率、最大(da)允許充(chong)電(dian)電(dian)流、內阻(zu)、出氣點電(dian)壓、溫(wen)度、壽命等(deng)。

   作者創新點為(wei)：

(1) 隸(li)屬(shu)函(han)(han)數 的形狀(zhuang)，對控制效果(guo)影(ying)響(xiang)較(jiao)(jiao)大。窄(zhai)型隸(li)屬(shu)函(han)(han)數，反映(ying)模糊(hu)集合具有(you)高(gao)分辨(bian)特性。如果(guo)系統誤(wu)差，采用高(gao)分辨(bian)率模糊(hu)集合，則誤(wu)差控制的靈敏度(du)就會提高(gao)。在系統誤(wu)差較(jiao)(jiao)大的范圍內，采用具有(you)低(di)分辨(bian)率隸(li)屬(shu)函(han)(han)數的模糊(hu)集合；而在系統誤(wu)差較(jiao)(jiao)小(xiao)，或接(jie)近于零(ling)時，宜(yi)采用具有(you)高(gao)分辨(bian)率隸(li)屬(shu)函(han)(han)數的模糊(hu)集合。

(2)在定義(yi)某一(yi)語言(yan)變(bian)量(liang)，如誤(wu)差、誤(wu)差變(bian)化(hua)(hua)率和(he)控制量(liang)變(bian)化(hua)(hua)的(de)全部集合(he)時(shi)，要考慮其對論域[-n,+n]的(de)覆(fu)蓋程(cheng)度，語言(yan)變(bian)量(liang)的(de)全部模(mo)糊(hu)集合(he)所(suo)包含的(de)非零隸屬度對應的(de)論域元素個數，應是模(mo)糊(hu)集合(he)總數的(de)3-4倍(bei)。

（3）查表法作為模糊控制算法有表格結構單一，修改繁瑣，缺乏靈活性的缺點。針對使用查表法作為模糊控制算法暴露的缺點，在硬件設計中與以補償，加入了一片X5045電可擦除芯片，將模糊控制表格中的數據存儲于微控制器外部存儲空間中，基本上克服了這個缺點。