1.前言

    蓄電池的充電控制系統(tǒng)是個非線性[1]的、時變的、有干擾的、具有純滯后的控制系統(tǒng)[2]。在充放電過程中涉及到很多參數(shù)，如充電率、最大允許充電電流、內(nèi)阻、出氣點電壓、溫度、壽命等。

   傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)是建立在被控對象精確數(shù)學模型基礎(chǔ)上的，如果被控對象的數(shù)學模型很復雜或者數(shù)學模型無法建立，控制系統(tǒng)就較難實現(xiàn)。蓄電池充電正是屬于這種情況，由于蓄電池的充電過程有自己獨特的物理化學規(guī)律，因此考慮采用模糊控制技術(shù)來進行蓄電池的充電控制 [3]。

   模糊控制[4]是以模糊集合理論為基礎(chǔ)的控制手段，它是模糊系統(tǒng)理論、模糊技術(shù)與自動控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,出發(fā)點是操作人員的控制經(jīng)驗或相關(guān)專家的知識，在設(shè)計中不需要建立被控對象的精確數(shù)學模型[5]，因而使得控制機理和策略易于接受與理解，設(shè)計簡單，便于應用。

2.模糊控制器的結(jié)構(gòu)及算法

   基于微控制器組成的模糊控制器包括模糊化接口、決策邏輯、知識庫和反模糊化接口四個部分，如圖1所示。

圖1模糊控制器的結(jié)構(gòu)框圖

Fig.1 The structure diagram of fuzzy controller

   在進行模糊控制算法設(shè)計時，須首先考慮智能充電系統(tǒng)的技術(shù)要求，體現(xiàn)智能充電控制技術(shù)的優(yōu)勢，解決長期困擾蓄電池裝備中的效率和壽命問題，所以應當提高智能充電控制中對控制量的精度；其次，模糊控制算法必須高速可靠，對外部檢測得到的物理量要有非?？斓姆磻俣取２捎眯滦痛蟠鎯θ萘康奈⒖刂破鹘鉀Q使用查表法所帶來的需要大容量內(nèi)存的問題。

3 模糊控制器的設(shè)計

3.1雙輸入單輸出模糊控制器

    常見的模糊控制器[6]根據(jù)輸入與輸出個數(shù)分為單輸入單輸出、雙輸入單輸出、多輸入單輸出和雙輸入多輸出等幾種。平時應用較多的是雙輸入單輸出模糊控制器。

圖2 雙輸入單輸出模糊控制器方框圖

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

    圖2是雙輸入單輸出模糊控制器的方框圖。其中屬于論域X的模糊集合 取自系統(tǒng)誤差e的模糊化，屬于論域Y的模糊集合 取自系統(tǒng)誤差變化率 的模糊化，二者構(gòu)成模糊控制器的二維輸入；屬于論域Z的模糊集合 是反映控制量變化的模糊控制器的一維輸出，模糊控制器的控制規(guī)則[7]通常由模糊條件語句if    and    then  來表達。

3.2精確量的模糊化

   模糊控制系統(tǒng)中的被控對象狀態(tài)變化是連續(xù)的，系統(tǒng)給定值也是連續(xù)的,反映到模糊控制器輸入端的輸入量也必然是連續(xù)的。但模糊控制器由計算機構(gòu)成，它只能執(zhí)行離散處理[7]。因此模糊控制器要求輸入量是離散模糊量，即論域是離散的。對連續(xù)論域要進行離散化。連續(xù)論域[8]經(jīng)過量化后就成為一個離散論域[8]。

設(shè)有連續(xù)論域[a，b]，而量化之后的離散論域為 ，亦即將連續(xù)論域分為2n段，則存在系數(shù)

                                                                   （1）

   隨后，在求出每條規(guī)則的強度之后，把相互矛盾的規(guī)則中強度較小的舍去；把相同規(guī)則合成一條規(guī)則，得到最后控制規(guī)則基。

3.3.2根據(jù)學習算法生成控制規(guī)則

   對被控對象執(zhí)行手動控制所得到的控制規(guī)則是較粗糙的，有時還可能會出現(xiàn)控制死區(qū)，一個控制規(guī)則表中會出現(xiàn)空項,這是不能滿足實際控制要求的。為了取得更滿意的控制效果，可以對原始的控制規(guī)則進行改進。這時，應以粗糙的控制規(guī)則為基礎(chǔ)，通過仿真實驗和系統(tǒng)調(diào)試加以完善。

4.模糊智能充電系統(tǒng)的工作原理及結(jié)構(gòu)

   智能充電系統(tǒng)主要由充電電源和單片機控制電路兩部分組成。220V的交流市電經(jīng)整流濾波電路變?yōu)槊}動的310V高壓直流。然后經(jīng)DC-DC變換電路（脈沖功率變壓器）變?yōu)槌潆娝璧?0V直流電壓。為了保證輸出電壓的穩(wěn)定性，采用了UC3842對60V直流電壓進行穩(wěn)壓。二次斬波電路主要由MOSFET管、電感、電容和二極管組成，輸出24-36V的充電電壓?？刂撇糠植捎肅504單片機，通過對蓄電池端電壓信號的采集、分析處理、模糊推理[8]、模糊決策等，控制二次斬波電路中的MOSFET管的通斷時間來控制充電電壓。控制部分還包括對電流和溫度的采集以及電壓和電流的顯示?？傮w結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 智能充電系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

5結(jié)論

  蓄電池的充放電過程是一個復雜的過程，要用精確數(shù)學模型對蓄電池充電的控制則有相當?shù)碾y度。蓄電池的充電控制系統(tǒng)是個非線性的、時變的、有干擾的、具有純滯后的控制系統(tǒng)，在充放電過程中涉及到很多參數(shù)，如充電率、最大允許充電電流、內(nèi)阻、出氣點電壓、溫度、壽命等。

   作者創(chuàng)新點為：

(1) 隸屬函數(shù) 的形狀，對控制效果影響較大。窄型隸屬函數(shù)，反映模糊集合具有高分辨特性。如果系統(tǒng)誤差，采用高分辨率模糊集合，則誤差控制的靈敏度就會提高。在系統(tǒng)誤差較大的范圍內(nèi)，采用具有低分辨率隸屬函數(shù)的模糊集合；而在系統(tǒng)誤差較小，或接近于零時，宜采用具有高分辨率隸屬函數(shù)的模糊集合。

(2)在定義某一語言變量，如誤差、誤差變化率和控制量變化的全部集合時，要考慮其對論域[-n,+n]的覆蓋程度，語言變量的全部模糊集合所包含的非零隸屬度對應的論域元素個數(shù)，應是模糊集合總數(shù)的3-4倍。

（3）查表法作為模糊控制算法有表格結(jié)構(gòu)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(shè)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(shù)據(jù)存儲于微控制器外部存儲空間中，基本上克服了這個缺點。