1.前言

    蓄電(dian)池(chi)的(de)充(chong)電(dian)控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)是個非線性[1]的(de)、時(shi)變的(de)、有(you)(you)干擾的(de)、具有(you)(you)純滯后的(de)控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)[2]。在(zai)充(chong)放電(dian)過程中涉(she)及到很多(duo)參數(shu)，如充(chong)電(dian)率、最大允許充(chong)電(dian)電(dian)流、內阻、出氣點電(dian)壓、溫度、壽命(ming)等。

   傳統的(de)(de)控制(zhi)系(xi)統是建立(li)在被控對象精確數學(xue)模(mo)型基礎(chu)上的(de)(de)，如果被控對象的(de)(de)數學(xue)模(mo)型很復雜或者(zhe)數學(xue)模(mo)型無法建立(li)，控制(zhi)系(xi)統就較(jiao)難實現。蓄(xu)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)正是屬于(yu)這(zhe)種情況(kuang)，由于(yu)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)(de)充(chong)電(dian)過(guo)程有自己(ji)獨特的(de)(de)物理化學(xue)規律，因此考慮采用模(mo)糊控制(zhi)技術來進行(xing)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)(de)充(chong)電(dian)控制(zhi) [3]。

   模(mo)糊控(kong)(kong)制[4]是以模(mo)糊集合理(li)(li)論為基(ji)礎的(de)控(kong)(kong)制手段，它是模(mo)糊系(xi)統理(li)(li)論、模(mo)糊技術與自(zi)動控(kong)(kong)制技術相(xiang)結合的(de)產物,出發點是操作人員的(de)控(kong)(kong)制經驗或相(xiang)關專家(jia)的(de)知識，在(zai)設計中不需要建立被(bei)控(kong)(kong)對象(xiang)的(de)精(jing)確(que)數學模(mo)型[5]，因而使得控(kong)(kong)制機(ji)理(li)(li)和策略易于(yu)接(jie)受與理(li)(li)解(jie)，設計簡單，便于(yu)應(ying)用。

2.模(mo)糊控制器的結構(gou)及算法

   基于微控制器(qi)組(zu)成的模(mo)糊(hu)控制器(qi)包括模(mo)糊(hu)化接口、決策(ce)邏輯、知識庫(ku)和反模(mo)糊(hu)化接口四個部分，如(ru)圖1所示。

圖1模(mo)糊控制器的結構框圖

Fig.1 The structure diagram of fuzzy controller

   在進行模糊控(kong)制(zhi)(zhi)算法設計時，須首先(xian)考慮智(zhi)能充電系統(tong)的(de)(de)技術(shu)(shu)要求，體現(xian)智(zhi)能充電控(kong)制(zhi)(zhi)技術(shu)(shu)的(de)(de)優勢，解決長期(qi)困擾蓄電池裝備中(zhong)的(de)(de)效率(lv)和壽命(ming)問(wen)題(ti)，所以應當提(ti)高(gao)智(zhi)能充電控(kong)制(zhi)(zhi)中(zhong)對(dui)控(kong)制(zhi)(zhi)量的(de)(de)精度(du)；其次，模糊控(kong)制(zhi)(zhi)算法必須高(gao)速(su)可靠，對(dui)外(wai)部檢測得到(dao)的(de)(de)物理量要有非常快的(de)(de)反(fan)應速(su)度(du)。采用新(xin)型(xing)大存儲容(rong)量的(de)(de)微控(kong)制(zhi)(zhi)器解決使用查表法所帶(dai)來的(de)(de)需要大容(rong)量內存的(de)(de)問(wen)題(ti)。

3 模(mo)糊控制器的設(she)計(ji)

3.1雙輸(shu)入單輸(shu)出模糊控制器(qi)

    常見的模(mo)糊控(kong)制器[6]根據輸(shu)(shu)入(ru)與輸(shu)(shu)出個數分為單(dan)輸(shu)(shu)入(ru)單(dan)輸(shu)(shu)出、雙輸(shu)(shu)入(ru)單(dan)輸(shu)(shu)出、多(duo)(duo)輸(shu)(shu)入(ru)單(dan)輸(shu)(shu)出和雙輸(shu)(shu)入(ru)多(duo)(duo)輸(shu)(shu)出等幾種。平時應(ying)用較多(duo)(duo)的是雙輸(shu)(shu)入(ru)單(dan)輸(shu)(shu)出模(mo)糊控(kong)制器。

圖2 雙輸入單輸出模糊(hu)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)雙輸入單輸出(chu)模(mo)(mo)(mo)糊(hu)(hu)(hu)控制(zhi)器的方框圖。其(qi)中屬(shu)于(yu)論域(yu)X的模(mo)(mo)(mo)糊(hu)(hu)(hu)集(ji)合 取(qu)自系(xi)統(tong)誤(wu)差(cha)e的模(mo)(mo)(mo)糊(hu)(hu)(hu)化(hua)，屬(shu)于(yu)論域(yu)Y的模(mo)(mo)(mo)糊(hu)(hu)(hu)集(ji)合 取(qu)自系(xi)統(tong)誤(wu)差(cha)變(bian)化(hua)率(lv) 的模(mo)(mo)(mo)糊(hu)(hu)(hu)化(hua)，二(er)者構(gou)成模(mo)(mo)(mo)糊(hu)(hu)(hu)控制(zhi)器的二(er)維輸入；屬(shu)于(yu)論域(yu)Z的模(mo)(mo)(mo)糊(hu)(hu)(hu)集(ji)合 是(shi)反映控制(zhi)量(liang)變(bian)化(hua)的模(mo)(mo)(mo)糊(hu)(hu)(hu)控制(zhi)器的一維輸出(chu)，模(mo)(mo)(mo)糊(hu)(hu)(hu)控制(zhi)器的控制(zhi)規則[7]通常由模(mo)(mo)(mo)糊(hu)(hu)(hu)條件語句(ju)if    and    then  來表達。

3.2精確量的模糊化

   模糊控(kong)制(zhi)系統(tong)中的(de)被(bei)控(kong)對(dui)象(xiang)狀(zhuang)態變(bian)化(hua)是連(lian)續的(de)，系統(tong)給定值(zhi)也是連(lian)續的(de),反映到模糊控(kong)制(zhi)器輸(shu)入(ru)端的(de)輸(shu)入(ru)量(liang)(liang)也必然是連(lian)續的(de)。但(dan)模糊控(kong)制(zhi)器由計(ji)算機(ji)構成，它只能執行離散(san)(san)處(chu)理[7]。因(yin)此模糊控(kong)制(zhi)器要求輸(shu)入(ru)量(liang)(liang)是離散(san)(san)模糊量(liang)(liang)，即論(lun)域是離散(san)(san)的(de)。對(dui)連(lian)續論(lun)域要進(jin)行離散(san)(san)化(hua)。連(lian)續論(lun)域[8]經過量(liang)(liang)化(hua)后就成為一個離散(san)(san)論(lun)域[8]。

設有連續(xu)論域[a，b]，而(er)量化之后(hou)的離散論域為 ，亦即將(jiang)連續(xu)論域分為2n段，則(ze)存(cun)在系數

                                                                   （1）

   隨后，在(zai)求出每條(tiao)規(gui)(gui)則的(de)強度之(zhi)后，把相(xiang)互(hu)矛盾的(de)規(gui)(gui)則中強度較小的(de)舍去；把相(xiang)同規(gui)(gui)則合成一(yi)條(tiao)規(gui)(gui)則，得到最后控制規(gui)(gui)則基。

3.3.2根據學習算法(fa)生成控制(zhi)規則

   對被控(kong)對象執行(xing)手動控(kong)制所得(de)到(dao)的(de)(de)(de)控(kong)制規則(ze)是(shi)較粗(cu)糙(cao)的(de)(de)(de)，有時還(huan)可(ke)能會出(chu)現(xian)(xian)控(kong)制死(si)區，一個控(kong)制規則(ze)表(biao)中會出(chu)現(xian)(xian)空(kong)項,這是(shi)不能滿足實(shi)際控(kong)制要求的(de)(de)(de)。為了取得(de)更(geng)滿意(yi)的(de)(de)(de)控(kong)制效果(guo)，可(ke)以(yi)(yi)(yi)對原(yuan)始的(de)(de)(de)控(kong)制規則(ze)進行(xing)改進。這時，應(ying)以(yi)(yi)(yi)粗(cu)糙(cao)的(de)(de)(de)控(kong)制規則(ze)為基礎，通過(guo)仿真實(shi)驗(yan)和(he)系(xi)統調試加以(yi)(yi)(yi)完善(shan)。

4.模糊智能充(chong)電系(xi)統(tong)的工作原(yuan)理及結構

   智能充(chong)電(dian)(dian)(dian)系統主要由充(chong)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)源和單(dan)片機(ji)控制電(dian)(dian)(dian)路(lu)兩部(bu)分(fen)組成(cheng)。220V的(de)(de)交流(liu)市(shi)電(dian)(dian)(dian)經整流(liu)濾波電(dian)(dian)(dian)路(lu)變(bian)(bian)為(wei)脈動的(de)(de)310V高(gao)壓(ya)(ya)直流(liu)。然(ran)后經DC-DC變(bian)(bian)換(huan)電(dian)(dian)(dian)路(lu)（脈沖功(gong)率變(bian)(bian)壓(ya)(ya)器）變(bian)(bian)為(wei)充(chong)電(dian)(dian)(dian)所(suo)需的(de)(de)60V直流(liu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)。為(wei)了保證輸出(chu)(chu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)的(de)(de)穩定性，采用了UC3842對60V直流(liu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)進行(xing)穩壓(ya)(ya)。二次斬波電(dian)(dian)(dian)路(lu)主要由MOSFET管、電(dian)(dian)(dian)感、電(dian)(dian)(dian)容和二極管組成(cheng)，輸出(chu)(chu)24-36V的(de)(de)充(chong)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)。控制部(bu)分(fen)采用C504單(dan)片機(ji)，通(tong)過對蓄電(dian)(dian)(dian)池端電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)信號的(de)(de)采集、分(fen)析處理(li)(li)、模糊推理(li)(li)[8]、模糊決策等(deng)，控制二次斬波電(dian)(dian)(dian)路(lu)中的(de)(de)MOSFET管的(de)(de)通(tong)斷時間來控制充(chong)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)。控制部(bu)分(fen)還包括對電(dian)(dian)(dian)流(liu)和溫度的(de)(de)采集以及電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)和電(dian)(dian)(dian)流(liu)的(de)(de)顯示(shi)。總體結構如圖3所(suo)示(shi)。

圖3 智能充電系統總體結構框圖

5結論

  蓄(xu)電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)充(chong)放(fang)(fang)電(dian)(dian)過程是一個復雜(za)的(de)(de)(de)(de)過程，要(yao)用精確數學模型對蓄(xu)電(dian)(dian)池(chi)充(chong)電(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)控制則有相當(dang)的(de)(de)(de)(de)難度(du)。蓄(xu)電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)充(chong)電(dian)(dian)控制系統是個非線(xian)性的(de)(de)(de)(de)、時變的(de)(de)(de)(de)、有干擾的(de)(de)(de)(de)、具有純滯(zhi)后的(de)(de)(de)(de)控制系統，在充(chong)放(fang)(fang)電(dian)(dian)過程中(zhong)涉及(ji)到很多參數，如充(chong)電(dian)(dian)率(lv)、最大允許充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流(liu)、內阻、出氣(qi)點(dian)電(dian)(dian)壓、溫度(du)、壽命(ming)等。

   作(zuo)者(zhe)創新(xin)點為：

(1) 隸屬(shu)(shu)(shu)函數(shu) 的(de)(de)形狀，對控(kong)制效(xiao)果影響較(jiao)(jiao)大(da)。窄(zhai)型隸屬(shu)(shu)(shu)函數(shu)，反(fan)映(ying)模糊集(ji)(ji)合具(ju)有(you)高(gao)(gao)(gao)分辨特性。如(ru)果系統誤(wu)差，采(cai)(cai)用高(gao)(gao)(gao)分辨率(lv)(lv)模糊集(ji)(ji)合，則誤(wu)差控(kong)制的(de)(de)靈敏(min)度就(jiu)會(hui)提(ti)高(gao)(gao)(gao)。在系統誤(wu)差較(jiao)(jiao)大(da)的(de)(de)范(fan)圍(wei)內，采(cai)(cai)用具(ju)有(you)低分辨率(lv)(lv)隸屬(shu)(shu)(shu)函數(shu)的(de)(de)模糊集(ji)(ji)合；而在系統誤(wu)差較(jiao)(jiao)小(xiao)，或接近于零(ling)時(shi)，宜采(cai)(cai)用具(ju)有(you)高(gao)(gao)(gao)分辨率(lv)(lv)隸屬(shu)(shu)(shu)函數(shu)的(de)(de)模糊集(ji)(ji)合。

(2)在(zai)定義某一語(yu)言變(bian)量(liang)，如誤差、誤差變(bian)化(hua)(hua)率和控制量(liang)變(bian)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)全(quan)部集合時，要考(kao)慮其(qi)對論域(yu)[-n,+n]的(de)(de)(de)覆(fu)蓋程度，語(yu)言變(bian)量(liang)的(de)(de)(de)全(quan)部模糊集合所包含的(de)(de)(de)非零(ling)隸屬度對應的(de)(de)(de)論域(yu)元素個(ge)數，應是模糊集合總數的(de)(de)(de)3-4倍。

（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。