圖7 模糊控制器總體結(jié)構(gòu)圖

3.1 輸入語言變量的隸屬函數(shù)

模糊控制器定義輸入偏差e(t)和偏差變化率ec(t)均有3 個模糊語言變量值：{ B(大)、M(中)、S(小)},它們的隸屬函數(shù)均采用對稱、全交疊的結(jié)構(gòu)。輸入偏差e(t)和偏差變化率ec(t)的隸屬度函數(shù)如圖8 所示。

圖8 e(t)和ec(t)的隸屬度函數(shù)

3.2 模糊控制規(guī)則

模糊控制器設(shè)計的核心是模糊控制規(guī)則的選取和確定，本模糊控制器根據(jù)實(shí)際充電情況建立了基于sugeno 推理方式的五條模糊控制規(guī)則：

規(guī)則1:If e is B then νp is νp1,νi is νi1,νd is νd1;

規(guī)則2:If e is M and ec is B then νp is νp2, νi isνi2,νd is νd2;

規(guī)則3:If e is M and ec is M then νp is νp3,νi isνi3,νd is νd3;

規(guī)則4:If e is M and ec is S then νp is νp4, νi isνi4,νd is νd4;

規(guī)則5:If e is S then νp is νp5, νi is νi5,νd is νd5;

3.3 輸出語言變量值

模糊控制器采用sugeno 模糊推理方式，其輸出語言變量νp, νi ,νd 在下述五種控制規(guī)則中的取值如表1所示。

表1 νp,νi,νd 取值表

3.4 模糊推理算法

sugeno 型模糊推理算法，與其它類型的模糊推理算法不同，該算法可將去模糊化結(jié)合到模糊推理中，即在sugeno 型模糊規(guī)則后件部分，將輸出量表示為輸入量的線性組合，因此輸出為精確量，這是由sugeno型模糊規(guī)則的形式所決定的。針對上述模糊控制規(guī)則，可調(diào)因子νp,νi 和νd 的推理計算公式為：

其中，隸屬度值為：

由此建立了PID 控制器參數(shù)的可調(diào)因子νp,νi 和νd與偏差e 和ec 之間的模糊函數(shù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了PID 參數(shù)Kp, Ki 和Kd 的模糊在線自調(diào)整，滿足了系統(tǒng)的要求。

4 實(shí)驗

采用基于sugeno 推理的模糊PID 控制算法設(shè)計的智能型鉛酸蓄電池充電器和普通的鉛酸蓄電池充電器分別對電池進(jìn)行充電實(shí)驗。實(shí)驗對象采用的是廊坊東三星蓄電池有限公司生產(chǎn)的12V、4A h 鉛酸蓄電池。

充電時間為140 分鐘，每隔5 分鐘記錄一次電流和溫度值。兩種模式下的充電電流曲線如圖9 所示，兩種模式下的充電溫度曲線如圖10 所示。

圖9 兩種模式下的充電電流曲線

圖10 兩種模式下的充電溫度曲線

5 結(jié)論

本文以atmega16 單片機(jī)作為控制核心，設(shè)計了對鉛酸蓄電池智能充電器的硬件方案，并采用了一種基于sugeno 推理的模糊PID 控制算法，優(yōu)化了鉛酸蓄電池的充電過程，保證了礦用永磁操動機(jī)構(gòu)饋電開關(guān)智能控制器備用電源的安全使用。實(shí)驗結(jié)果表明，該設(shè)計方案解決了鉛酸蓄電池充電過程中存在的過充電、充電不足和發(fā)熱等問題，并在加快充電速度，減少能量損耗、延長使用電池壽命等方面效果顯著。