1.前言

    蓄電(dian)池的(de)充(chong)(chong)電(dian)控(kong)制系統(tong)(tong)是個非線性(xing)[1]的(de)、時變的(de)、有干擾的(de)、具有純滯后的(de)控(kong)制系統(tong)(tong)[2]。在充(chong)(chong)放電(dian)過(guo)程(cheng)中涉及到很多參數，如充(chong)(chong)電(dian)率、最(zui)大允許充(chong)(chong)電(dian)電(dian)流、內阻、出氣點(dian)電(dian)壓、溫度、壽(shou)命等。

   傳統的(de)控制(zhi)系統是建(jian)立在被控對象精(jing)確數學(xue)模(mo)型基礎上的(de)，如果被控對象的(de)數學(xue)模(mo)型很復雜或者數學(xue)模(mo)型無法建(jian)立，控制(zhi)系統就較(jiao)難實現。蓄電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)正是屬于這種情況(kuang)，由(you)于蓄電(dian)池(chi)的(de)充(chong)電(dian)過程有自(zi)己(ji)獨特的(de)物理(li)化(hua)學(xue)規律，因此考慮采(cai)用模(mo)糊控制(zhi)技術來進行蓄電(dian)池(chi)的(de)充(chong)電(dian)控制(zhi) [3]。

   模糊控(kong)制(zhi)[4]是以模糊集合理(li)論(lun)為基(ji)礎的(de)控(kong)制(zhi)手段，它是模糊系統理(li)論(lun)、模糊技(ji)術與自動控(kong)制(zhi)技(ji)術相結(jie)合的(de)產(chan)物,出(chu)發點是操(cao)作(zuo)人員的(de)控(kong)制(zhi)經驗或相關專家的(de)知識，在設計中不需要建立被(bei)控(kong)對(dui)象的(de)精(jing)確數學模型[5]，因而使得控(kong)制(zhi)機理(li)和策略易(yi)于接受(shou)與理(li)解，設計簡單(dan)，便于應用。

2.模糊控制器的結(jie)構(gou)及算(suan)法

   基(ji)于(yu)微(wei)控制器組成(cheng)的模糊控制器包括模糊化(hua)接口(kou)、決策(ce)邏輯、知識庫和(he)反模糊化(hua)接口(kou)四個部分，如圖1所(suo)示。

圖(tu)1模糊控(kong)制器的結構框圖(tu)

Fig.1 The structure diagram of fuzzy controller

   在進行(xing)模糊控(kong)(kong)(kong)制算法(fa)(fa)設計時(shi)，須(xu)首(shou)先考慮(lv)智(zhi)(zhi)能充電(dian)(dian)系統(tong)的(de)技術(shu)(shu)要求(qiu)，體現智(zhi)(zhi)能充電(dian)(dian)控(kong)(kong)(kong)制技術(shu)(shu)的(de)優勢(shi)，解(jie)決(jue)長期困擾蓄電(dian)(dian)池裝備中(zhong)的(de)效率和(he)壽命問題，所(suo)以應當提高智(zhi)(zhi)能充電(dian)(dian)控(kong)(kong)(kong)制中(zhong)對控(kong)(kong)(kong)制量的(de)精(jing)度；其次(ci)，模糊控(kong)(kong)(kong)制算法(fa)(fa)必(bi)須(xu)高速(su)可靠(kao)，對外部檢(jian)測(ce)得(de)到的(de)物(wu)理量要有非常快(kuai)的(de)反應速(su)度。采用新(xin)型(xing)大存儲(chu)容(rong)量的(de)微控(kong)(kong)(kong)制器(qi)解(jie)決(jue)使用查(cha)表法(fa)(fa)所(suo)帶(dai)來(lai)的(de)需要大容(rong)量內存的(de)問題。

3 模糊控制器(qi)的設計

3.1雙輸入單輸出模糊控制(zhi)器

    常見的模糊控制器[6]根據(ju)輸(shu)入與輸(shu)出個數(shu)分(fen)為(wei)單(dan)輸(shu)入單(dan)輸(shu)出、雙(shuang)輸(shu)入單(dan)輸(shu)出、多(duo)輸(shu)入單(dan)輸(shu)出和雙(shuang)輸(shu)入多(duo)輸(shu)出等幾種。平時應用較多(duo)的是雙(shuang)輸(shu)入單(dan)輸(shu)出模糊控制器。

圖2 雙輸入單輸出模糊控制器方(fang)框圖

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

    圖(tu)2是(shi)雙輸(shu)入(ru)單輸(shu)出模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)糊(hu)(hu)(hu)(hu)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)器的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)框圖(tu)。其中屬(shu)于(yu)論域(yu)X的(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)糊(hu)(hu)(hu)(hu)集合(he)(he) 取自(zi)系(xi)統誤(wu)差e的(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)糊(hu)(hu)(hu)(hu)化，屬(shu)于(yu)論域(yu)Y的(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)糊(hu)(hu)(hu)(hu)集合(he)(he) 取自(zi)系(xi)統誤(wu)差變化率 的(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)糊(hu)(hu)(hu)(hu)化，二者構成(cheng)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)糊(hu)(hu)(hu)(hu)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)器的(de)(de)(de)(de)(de)二維(wei)(wei)輸(shu)入(ru)；屬(shu)于(yu)論域(yu)Z的(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)糊(hu)(hu)(hu)(hu)集合(he)(he) 是(shi)反映控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)量變化的(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)糊(hu)(hu)(hu)(hu)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)器的(de)(de)(de)(de)(de)一維(wei)(wei)輸(shu)出，模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)糊(hu)(hu)(hu)(hu)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)器的(de)(de)(de)(de)(de)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)規則[7]通常由模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)糊(hu)(hu)(hu)(hu)條件語句if    and    then  來表(biao)達。

3.2精確(que)量的模糊化

   模糊(hu)控(kong)制(zhi)系統中的(de)被控(kong)對象狀態變化(hua)是(shi)連(lian)續的(de)，系統給定值也是(shi)連(lian)續的(de),反映到模糊(hu)控(kong)制(zhi)器輸入端(duan)的(de)輸入量(liang)也必然是(shi)連(lian)續的(de)。但模糊(hu)控(kong)制(zhi)器由(you)計算機構(gou)成，它(ta)只(zhi)能執行離散(san)處理[7]。因(yin)此模糊(hu)控(kong)制(zhi)器要(yao)求(qiu)輸入量(liang)是(shi)離散(san)模糊(hu)量(liang)，即論(lun)域是(shi)離散(san)的(de)。對連(lian)續論(lun)域要(yao)進行離散(san)化(hua)。連(lian)續論(lun)域[8]經過量(liang)化(hua)后(hou)就成為一個離散(san)論(lun)域[8]。

設有(you)連續論域(yu)[a，b]，而量化(hua)之后的離(li)散論域(yu)為 ，亦即(ji)將(jiang)連續論域(yu)分為2n段，則存在系數

                                                                   （1）

   隨后(hou)(hou)，在(zai)求(qiu)出(chu)每條(tiao)規(gui)(gui)則(ze)(ze)的強(qiang)度之后(hou)(hou)，把相互(hu)矛盾的規(gui)(gui)則(ze)(ze)中強(qiang)度較小的舍去；把相同規(gui)(gui)則(ze)(ze)合(he)成一條(tiao)規(gui)(gui)則(ze)(ze)，得到最(zui)后(hou)(hou)控制規(gui)(gui)則(ze)(ze)基。

3.3.2根據(ju)學習算法生成控制(zhi)規則

   對(dui)被(bei)控(kong)對(dui)象執行(xing)手動控(kong)制(zhi)(zhi)所得到的(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)規(gui)則是(shi)較粗糙(cao)的(de)(de)(de)，有時(shi)還可(ke)能會出(chu)現(xian)控(kong)制(zhi)(zhi)死區，一個控(kong)制(zhi)(zhi)規(gui)則表中會出(chu)現(xian)空項,這是(shi)不(bu)能滿足實際(ji)控(kong)制(zhi)(zhi)要(yao)求的(de)(de)(de)。為(wei)了(le)取得更滿意的(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)效果，可(ke)以(yi)(yi)對(dui)原始的(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)規(gui)則進行(xing)改進。這時(shi)，應以(yi)(yi)粗糙(cao)的(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)規(gui)則為(wei)基(ji)礎，通過仿真(zhen)實驗(yan)和系統調試加以(yi)(yi)完善。

4.模糊智能充(chong)電系統(tong)的工(gong)作原理(li)及結構

   智能(neng)充(chong)電(dian)(dian)(dian)系統主(zhu)要由充(chong)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)源和單(dan)片機控制電(dian)(dian)(dian)路(lu)兩(liang)部分(fen)(fen)(fen)組成。220V的(de)(de)交(jiao)流(liu)(liu)市(shi)電(dian)(dian)(dian)經整流(liu)(liu)濾(lv)波電(dian)(dian)(dian)路(lu)變為脈動的(de)(de)310V高壓直流(liu)(liu)。然后(hou)經DC-DC變換電(dian)(dian)(dian)路(lu)（脈沖功率(lv)變壓器）變為充(chong)電(dian)(dian)(dian)所需(xu)的(de)(de)60V直流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)壓。為了(le)保證輸出(chu)電(dian)(dian)(dian)壓的(de)(de)穩(wen)定性，采用(yong)了(le)UC3842對60V直流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)壓進(jin)行(xing)穩(wen)壓。二(er)次(ci)斬波電(dian)(dian)(dian)路(lu)主(zhu)要由MOSFET管、電(dian)(dian)(dian)感、電(dian)(dian)(dian)容和二(er)極管組成，輸出(chu)24-36V的(de)(de)充(chong)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)壓。控制部分(fen)(fen)(fen)采用(yong)C504單(dan)片機，通過對蓄電(dian)(dian)(dian)池(chi)端(duan)電(dian)(dian)(dian)壓信號的(de)(de)采集(ji)、分(fen)(fen)(fen)析處理、模(mo)糊推(tui)理[8]、模(mo)糊決策等，控制二(er)次(ci)斬波電(dian)(dian)(dian)路(lu)中的(de)(de)MOSFET管的(de)(de)通斷時間來控制充(chong)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)壓。控制部分(fen)(fen)(fen)還包(bao)括對電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)和溫度的(de)(de)采集(ji)以及電(dian)(dian)(dian)壓和電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)的(de)(de)顯(xian)示(shi)。總體結構如圖(tu)3所示(shi)。

圖3 智能充電系統總體結構框圖

5結論

  蓄電(dian)(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)充(chong)放電(dian)(dian)(dian)(dian)過(guo)(guo)程(cheng)是(shi)一個復雜的(de)(de)過(guo)(guo)程(cheng)，要用精確(que)數學模型對蓄電(dian)(dian)(dian)(dian)池充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)控制則有(you)相當的(de)(de)難(nan)度。蓄電(dian)(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)控制系(xi)統(tong)是(shi)個非線性的(de)(de)、時變的(de)(de)、有(you)干擾的(de)(de)、具(ju)有(you)純滯(zhi)后(hou)的(de)(de)控制系(xi)統(tong)，在充(chong)放電(dian)(dian)(dian)(dian)過(guo)(guo)程(cheng)中涉(she)及到很(hen)多(duo)參數，如(ru)充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)率、最大允許充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)流、內阻、出氣(qi)點電(dian)(dian)(dian)(dian)壓、溫度、壽命等。

   作者(zhe)創新點為：

(1) 隸屬(shu)(shu)函(han)數 的(de)形(xing)狀(zhuang)，對(dui)控(kong)制(zhi)效果(guo)影響較(jiao)(jiao)大。窄型隸屬(shu)(shu)函(han)數，反(fan)映模(mo)糊集(ji)合具有高分辨(bian)(bian)特性。如果(guo)系(xi)統(tong)誤(wu)差，采(cai)用(yong)高分辨(bian)(bian)率模(mo)糊集(ji)合，則誤(wu)差控(kong)制(zhi)的(de)靈(ling)敏度就會(hui)提高。在系(xi)統(tong)誤(wu)差較(jiao)(jiao)大的(de)范圍內，采(cai)用(yong)具有低分辨(bian)(bian)率隸屬(shu)(shu)函(han)數的(de)模(mo)糊集(ji)合；而在系(xi)統(tong)誤(wu)差較(jiao)(jiao)小，或接(jie)近于(yu)零時，宜采(cai)用(yong)具有高分辨(bian)(bian)率隸屬(shu)(shu)函(han)數的(de)模(mo)糊集(ji)合。

(2)在定(ding)義某一語言變量，如誤(wu)差、誤(wu)差變化率(lv)和控制量變化的全部(bu)集合(he)時，要考(kao)慮(lv)其對論域[-n,+n]的覆(fu)蓋程度(du)，語言變量的全部(bu)模(mo)(mo)糊集合(he)所包含的非零隸(li)屬度(du)對應(ying)的論域元素個數(shu)，應(ying)是模(mo)(mo)糊集合(he)總數(shu)的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。