基于atmega16單片機的智能型鉛酸電池充電器設計方案

圖7 模糊控制器總體結構圖

3.1 輸入語言變量的隸屬函數

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)},它們的隸屬函數均采用對稱、全交疊的結構。輸入偏差e(t)和偏差變化率ec(t)的隸屬度函數如圖8 所示。

圖8 e(t)和ec(t)的隸屬度函數

3.2 模糊控制規則

模糊控制器設計的核心是模糊控制規則的選取和確定，本模糊控制器根據實際充電情況建立了基于sugeno 推理方式的五條模糊控制規則：

規則1:If e is B then νp is νp1,νi is νi1,νd is νd1;

規則2:If e is M and ec is B then νp is νp2, νi isνi2,νd is νd2;

規則3:If e is M and ec is M then νp is νp3,νi isνi3,νd is νd3;

規則4:If e is M and ec is S then νp is νp4, νi isνi4,νd is νd4;

規則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合到模糊推理中，即在sugeno 型模糊規則后件部分，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型模糊規則的形式所決定的。針對上述模糊控制規則，可調因子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 控制器參數的可調因子νp,νi 和νd與偏差e 和ec 之間的模糊函數關系，實現了PID 參數Kp, Ki 和Kd 的模糊在線自調整，滿足了系統的要求。

4 實驗

采用基于sugeno 推理的模糊PID 控制算法設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行充電實驗。實驗對象采用的是廊坊東三星蓄電池有限公司生產的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 結論

本文以atmega16 單片機作為控制核心，設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，優化了鉛酸蓄電池的充電過程，保證了礦用永磁操動機構饋電開關智能控制器備用電源的安全使用。實驗結果表明，該設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。