基于模糊控制的无人机应急电源快速充电方法

1、基于模糊控制的无人机应急电源快速充电方法无人机应急电源指无人机飞翔中主电源发生故障时，为机载用电设备提供电能的供电电源。本校某型无人机应急电源由20节镍镉电池单元组成。现代战斗对武器装备的要求空前严酷，详细到无人机系统，则包括了大力缩短预备时光，提高系统检测精度，提高系统整体牢靠性，增加系统采集情报信息的质量等诸多方面。但是，目前无人机应急电源大都采纳准时维护，提前一天充电的办法来保证其战争力，耗时长。另外，人工维护间或造成的疏漏也不行避开，这些都是影响战争力发挥的严峻隐患。1 无人机应急电源的充电特性无人机应急电源之所以要提前一天采纳小充电是由于它的充放电是一个复杂的电化学变幻过程，为了保证

2、寿命，只能牺牲充电的速度。11 多变量影响充电过程的因素无数，如电解液浓度、极板活性物的活度、环境温度都可以对充电速度产生影响。这使得容易控制系统对提高充电效率无法起到显著作用。12 非线性无人机应急电源的最佳充电在囫囵充电过程中是时光的变指数函数，在不同阶段将展现不同的变幻逻辑。充电特性曲线1所示。从图1中可以看出，无人机应急电源的充电过程可分为a-b段、b-c段、c-d段。其中a-b段是充电的初始阶段，电量基本用尽，这一阶段可采纳恒定小电流充电；b-c段是电压变幻最为强烈的一段，假如采纳恒流充电，电流大，易损坏电池，电流小，不能充分发掘时光；c-d段的电压从最高点开头下降，可采纳涓流充电。

3、13 独特性无人机应急电源依据其详细不同的用法情况，其充电电流有很大的不同，即使同一套无人机系统同时配发相同容量、相同型号的电源也不例外。装备现用的充电技术没有考虑充电过程的非线性变幻，无法实现对无人机应急电源的适应性充电，只能以相对较小的电流实施充电，从而导致充电速度慢，而且充电后期析气严峻，对电源内部造成损坏，不仅不能迅速充电，还大大缩短了电源的用法寿命，必需加以充实。经综合比较，可选用成本较低，且适应性较强的含糊控制策略。2 含糊控制充电器的设计含糊控制不需要把握被控对象的数学模型，特殊适合这种非线性控制。它对过程参数的变幻具有较强的适应性，并且可加入一些人为的阅历因数，使控制过程更易于

4、根据人的要求来实现。可以预期这种含糊控制充电器的工作原理是预先设计一张控制策略表存入的rom中。控制时按照采样结果计算输入量的值，然后通过量化因子将其含糊化，以得到其论域。再查表得到相应的控制量。将该控制量与比例因子相乘，即可作为输出量，对充电过程实施控制。21 输入和输出量确实定含糊控制器输入量的挑选对系统性能的影响很大，电源温度、电源端电压以及充电电流都可作为输入量，但是这些办法的工程实现难度大且效果差。按照图1，b-c段是电压变幻最为强烈的一段，并且持续时光较长，可将这一段电压的变幻率ut作为含糊控制的输入量，再辅以电源实时电压与可充最高电压之间的差值e，便可实现较完善的控制。输出量则以

5、波的占空比增量ton调整的充电电流作为标准。22 语言变量、论域及隶属度确实定取(-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4)作为论域，当输入量ae的基本论域为0，18时，量化因子即为：相应地，由试验得出ut的最大值为5236 0×10-4vs，量化因子即为：当输出量为充电电流时，其论域段的划分办法同上，用i表示输出控制量，则比例因子确定为：对于论域(-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4)，定义8个语言变量值：nb(负大)，nm(负中)，ns(负小)，no(零负)，po(零正)，ps(正小)，pm(正中)和pb(正大)，采纳正态函数模型a(x)=e-(x-a/b

6、)2构造隶属度函数，2所示。其中：参数a取适当的值使集合-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4映射到集合nb，nm，ns，no，po，ps，pm，pb；参数6打算隶属函数的外形。可按照系统误差的调节得到合适的控制敏捷度和稳定性。在这里，当含糊化将精确值映射到相应含糊量的论域中时采纳单点含糊法。23 含糊控制策略表的建立由第13节的论述可知，不同电源或者是相同电源在不同的用法状况下，其详细充电性能也是不一样的，假如只将e作为主要判别标准，必定会给控制结果带来较大的偏差。基于此熟悉，可以采纳增强ut权值的途径加以充实。其解析式为：式中：0，1称为修正因子；表示四舍五入取整；e和ec分离

7、是e和ut的含糊量化。考虑到电池的差异性，适当增强权值，令=06，经过上式运算，再经过最大隶属度判决可得到含糊控制表。含糊控制表如表1所示。表中：0表示维持现在的充电电流；+1表示充电电流增强一个等级；-1表示充电电流减小一个等级。依次类推按照得出的电流等级乘以比例因子ku，即得到输出的电流变幻值。将此变幻值加到前一时刻的电流值上就是此次应输出的电流值。3 组成与实现含糊控制器要完成输入信号(给定信号和反馈信号的偏差和偏差的变幻率)的含糊化，按照含糊学问库举行含糊推理和含糊判决(解含糊)，得到精确控制的变量。但是因为系统采纳在rom中预存含糊控制表的办法，将在线推理运算改变成了查表运算，大大提

8、高了系统的响应速度，其结构组成3所示。31 微处理机模块图3中含糊化、含糊决策以及解含糊环节都是在微处理机模块中完成的。在此选用motorola公司的单片机mc68hc05sr3，其内部资源丰盛，rom和ram空间较大，便于实施含糊控制。另外，它还带有4个ad转换器，非常便于对模拟量的检测。由该单片机与相应的接口协作，构成系统的控制核心。32 负反馈电路电压电流检测电路是通过ad转换器检测系统充电电流的；电池端电压、电池温度等参数是通过采样电路、热敏等形成负反馈回路参加控制的。33 充电电流输出电路首先，变流电路通过脉宽调制方式把沟通市电转换为所需的直流电压，然后按照负反馈电路检测系统得到的充电电压、电流，经微处理机模块计算出最佳变幻量，将此变幻量加到充电电路中，经pwm输出，便得到所需的最佳充电电流。4 结 语通过对无人机应急电源端电压变幻率的监测得到了含糊控制所依据的最佳充电电压曲线，以此曲线为输入量设计了含糊控制策略表，并实现智能跟踪含糊控制。通过与传统充电