基于atmega16單片機(jī)的智能型鉛酸電池充電器設(shè)計(jì)方案

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(gè)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(duì)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(jì)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(duì)上述模糊控制規(guī)則，可調(diào)因子νp,νi 和νd 的推理計(jì)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(yàn)

采用基于sugeno 推理的模糊PID 控制算法設(shè)計(jì)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(duì)電池進(jìn)行充電實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)對(duì)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(shí)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(jì)了對(duì)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(dòng)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(yàn)結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)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(zhǎng)使用電池壽命等方面效果顯著。