基于DSP的电池充电器模糊控制器

摘要

21世纪的人类主要依赖于需要能量的机器来提供所需的输出&可充电电池在很多情况下是主要的能源来源，因为它被广泛使用，但需要适应新的电池充电技术，以防止电池过度充电导致电池损坏。计算智能研究中心开发了部分基于DSP的模糊逻辑控制器，使电池充电器适应未来的需求，解决了过充问题。本项目是开发一种能够有效地控制电池充电到特定水平而不损坏电池的设备的方法。我们将讨论MATLAB的各种工具，如模糊逻辑和DSP处理器，可用于设备该仪器。我们将深入讨论每个工具的原理和工作细节。我们将对这些控制器的范围进行简要描述。我们将评估这些工具的范围和影响，以自动控制过度收费。除此之外，我们还将介绍如何评估不同电池的安全充电速度。在此之后，我们将展示我们的系统的各种显著特征，并讨论其兼容性。本文将讨论该设备可能面临的各种挑战及其建议的解决方案。 At last before coming to the conclusion we will have an insight to the future remarks and development of this device as per future needs. The conclusions will reveal the impact of this device globally and will show its real merit. The aim of our project is to develop a DSP based fuzzy logic controller which will charge the battery to its optimum level and also preventing it from overcharging, by continuously monitoring its current and voltage. Experimental results have shown that DSP+FUZZY was to correctly adapt its charging according to the maximum level of charging. The learning process of charging battery using DSP based fuzzy logic controller is still on, encouraging for the computation of project.

关键字

模糊推理系统，多路复用器，脉宽调制，数字信号处理，双路存取，随机存取存储器，单路存取，随机存取存储器

介绍

答:背景

随着笔记本电脑、手机、MP3播放器和无绳电动工具等便携式设备的兴起，对可充电电池的需求近年来大幅增长。可充电电池的概念始于1859年，当时法国物理学家加斯顿·普兰特发明了铅酸电池，后来成为世界上第一个可充电电池。今天的汽车电池仍在使用同样的化学成分。可充电电池背后的基本思想很简单:当电能被施加到电池上时，放电过程中发生的电子流从负向正发生逆转，电力恢复。对于内置电池的设备或标准镍钙电池或镍氢电池，这需要一个充电器，这些电池是目前遥控器、手电筒或数码相机中使用的最常见的多用途充电电池。汽车电池是最古老的可充电电池之一，事实上，电动汽车比汽油电池更早出现。在一辆标准的汽车中，有一个单一的铅酸SLI电池，为启动器、灯和点火系统提供电力。在这种情况下，电池充电器是交流发电机，这是一种巧妙的设备，可以将汽油动力转换为电能，并将其分配到需要的地方。在电动汽车和混合动力汽车中，牵引电池用于为车辆提供动力。牵引电池有很多品种，从铅酸、镍镉、镍金属氢化物和锂离子。多年来，充电率有了很大的提高，并分为三类:

慢:14-16小时，快:3-6小时，快:1小时以内充电速率由充电器允许进入电池的电流大小决定。一些电池可以在较短的时间内处理较高的电压而不会过热，而另一些电池则需要在较长时间内施加较低的电压。充电速度越快，过度充电的可能性就越大，这会破坏电池保持电量的机会。避免过度充电的关键是一旦达到最大功率，就能消除充电电流。大多数充电器都有内置的电压调节器，可以让你安全地把手机或电脑插在电源上过夜。充电的速度和效率很大程度上取决于充电器本身的质量，而基于DSP的模糊逻辑控制器可以保持充电器的质量。

b .客观

•我们项目的目标是打造优质的电池充电器，从上面的讨论我们知道有效的电池充电对于提高电池寿命和性能非常重要。

•因此，我们项目的主要目标是开发一个基于DSP的模糊逻辑控制器，它可以将电池充电到最佳水平，并防止它过度充电。

•这可以通过使用基于DSP的模糊逻辑连续监测电池的电流和电压来实现。

c .范围

利用该技术，将来可以使用自适应电池充电器，以取代现有的昂贵、笨重、体积大的电池充电器。这种自适应电池充电器将更加集成，而不是使用各种电路，如bust-buck, DSP套件等，它将只使用一个电路，而不是使用2个电路的bust-buck，它将只使用一个电路来照顾电池充电，也防止它过度充电。

电池充电器的方法论

为什么要建立这样一个电池充电器?

市场上有许多不同算法的电池充电器，但具有模糊控制的电池充电器提供了更好的充电率，以及我们可以节省我们的电池，避免过度充电，也不会因过度充电而损坏。基于模糊控制的电池充电器具有高效的决策控制，为电池的充电提供了安全的环境。

•电池充电器的方法

基于DSP的模糊控制器电池充电包括以下步骤:

•初步构建FIS，为我们的系统提供高效决策能力。

•在Simulink环境中附加相同的FIS文件与模糊控制器。

•构造具有各种输入的完整模型，并观察系统的输出，即观察输入参数与模糊控制器输出的关系图。

•在基于DSP的Kit中实现相同的模型，用于相同的实际实现。

•利用PWM产生的概念控制Boost和BUCK电路为电池充电。

各块的说明如下:

A. FIS文件

FIS代表模糊推理系统，它基本上有助于确定系统的输入和输出之间的关系。它有助于控制参数的变化，在决策过程中是有效的。在我们的例子中，FIS文件的输入是电池电压和电池电流。这两个量将作为推理引擎的输入，决策将根据所制定的规则做出，并借助于隶属度函数类型及其范围。这是MATLAB中一个非常有效的工具，因此可以作为处理器的决策箱。

b仿真软件

这个块帮助我们发现FIS系统是否给了我们正确的结果。在此过程中，我们使用了simulink环境中的模糊工具箱。从simulink输出中可以很容易地看到所制作的模糊系统的输出。

C. DSP处理器

在DSP处理器中加载与Simulink环境下使用的FIS文件相同的FIS文件。相同的处理器将与PWM发生器连接，PWM发生器将产生PWM信号，PWM信号将进一步操作Boost电路，这将有助于为电池充电，Buck电路将有助于保护电池不过度充电。

D.反馈路径

一旦充电器开始工作，它将不断反馈电压水平和电流水平。并根据收到的反馈系统来监测升压和降压电路的工作情况。

工具

答:MATLAB

Matlab是一个用于数值计算的交互式系统。一位名叫克里夫·莫勒的数字分析师写道。Matlab的第一个版本在20世纪70年代。Matlab使用了备受推崇的算法，因此您可以浓缩您的结果。只需一两个命令就可以执行强大的操作。您可以为特定的应用程序构建自己的函数集。用于技术计算的MATLAB高性能语言在易于使用的环境中集成了计算、可视化和编程，其中问题和解决方案以熟悉的数学符号表示。

B.工具箱提供三类工具:

使模糊逻辑工具箱如此强大的是，人类的大多数推理和概念形成都与模糊规则的使用有关。通过提供模糊规则计算的系统框架，模糊逻辑工具箱极大地增强了人类推理的能力。进一步放大结果从MATLAB和图形用户界面的使用，在数学工作领域拥有无与伦比的专业知识。

C.模糊逻辑工具箱能做什么?

模糊逻辑工具箱允许您做一些事情，但最重要的是它允许您创建和编辑模糊推理系统。您可以使用图形工具或命令行函数创建这些系统，也可以使用聚类或自适应神经模糊技术自动生成它们。如果您可以访问Simulink，您可以轻松地在框图中测试您的模糊系统。

d .仿真软件

这是您可以自定义独立引擎构建模糊推理到您自己的代码。所有提供的代码都是ANSI兼容的。由于MATLAB环境的集成特性，您可以创建自己的工具来定制模糊逻辑工具箱或将其与其他工具箱结合，例如控制系统工具箱、神经网络工具箱或优化工具箱，这里仅提及几种可能性。通过一个独立的模糊推理引擎，它可以读取从MATLAB会话中保存的模糊系统。

E. DSP处理器(样本处理器+奔腾处理器的优势)

C5x DSK是最简单的C5x DSP应用板之一。即使板上没有可用的外部内存，C50的10K片上RAM也为大多数DSP应用程序提供了足够的内存。内核程序包含在32K, 8位PROM中。PROM仅用于DSK引导加载，引导加载后不能访问，因为这部分片上内存是为内核程序保留的。’C5x DSK内存映射图如图1-2所示。片上、双访问、随机访问存储器(DARAM) B2被保留为状态寄存器的缓冲区。单访问、随机访问存储器(SARAM)被配置为程序和数据存储器。内核程序从0x840h-0x980h存储在这个区域。如果内核程序执行重写，则需要一个重置信号来让DSK重新加载内核程序。由于内核程序存储在SARAM中，这个片上内存不能被配置为数据内存(RAM = 0)。中断向量从0x800h开始分配。 The IPTR in the PMST register should not be modified (refer to subsection 3.6.3, Status and Control Registers of the TMS320C5x User’s Guide).

1.TLC32040 AIC单板提供单通道、输入/输出、语音质量模拟接口，具有以下特性:

2.单芯片数字到模拟(D/A)和模拟到数字(A/D)转换，具有14位动态范围。

3.可变D/A和A/D采样率和滤波

4.该AIC接口直接到' C50串口。AIC的主输入时钟由C50输出的10mhz定时器提供。

5.AIC用于16位字模式操作。AIC的复位引脚连接到' C50的BR引脚。

DSK模拟功能适用于许多应用程序，包括音频数据处理。您可以直接将大多数预放大麦克风和扬声器连接到DSK模拟输入和输出。有关AIC的更多信息，请参阅AIC数据表，文献号SLAS014E。DSK提供了六个头部，包括XDS510，以帮助您设计自己的外部硬件。大多数的' C50和其他集成电路(IC)信号到板连接到这些头。XDS510报头允许DSK成为可移植的XDS510目标系统。

C5x DSK有自己的面向窗口的调试器，这使得开发和调试软件代码变得很容易。DSK通过RS-232串口与PC机通过XF、BIO引脚通信。PC机RS-232串口与DSK的模块连接方式如图1-3所示。

F. matlab参考

所有MATLAB函数都有参考文档:

•函数参考-列出所有MATLAB函数，分组分类

•处理图形属性浏览器-提供轻松访问图形对象属性的描述。

C和Fortran API参考-涵盖了外部接口使用的那些函数，提供了调用语言的语法信息，描述，参数，返回值和示例。

MATLAB在线文档还包括

•示例-文档中包含的示例索引。

•版本说明-新功能，兼容性考虑因素，以及当前和最近以前版本的错误报告。

•可打印文档-适合打印的PDF版本文档。

除了文档之外，您还可以通过单击demos选项卡从Help浏览器中访问演示。运行演示以了解MathWorks™产品和工具的关键功能。

设计与实现

1.上述框图是基于DSP的模糊控制器的基本设计。控制器基本上把电池的连续反馈作为系统的输入。

2.处理器对输入信号进行处理并产生基本信号，通过PWM发生器基本控制BOOST -BUCK电路的占空比。

3.因此，持续的反馈和高效的决策适当地照顾到电池的正确充电。

DSP处理器的各种重要参数，有助于正确充电:-

TMS320C5x数字信号处理器是一个强大的工具，能够快速算术提供控制PWM波形细节。DSP产生两个不同脉冲宽度的pwm波形，为电池充电器的升压和降压变换器提供门控信号。DSP套件通过用直流源替换锯齿波来生成pwm波形。PWM波形的占空比经过精心设计，以避免重叠，从而在两者之间留下很小的间隔。在电池充电过程中，升压变换器的电源开关是打开的，降压变换器是关闭的，反之亦然。该套件还提供了电池充电器的模糊控制算法。一个可靠的模糊控制反馈控制系统是保证电池不会过充的关键。模糊控制对于为电池充电器提供适当的增益以使其稳定工作并获得最佳充电速率也是必不可少的。基于DSP的电池充电器模糊反馈系统。设计了模糊控制器来检测TMS3205x DSP的i/o口的充电电流和电池电压变化。 The duty cycle (modulation index)of PWM1 of boost converter will be determined according to i/p battery voltage and charging current level, define by the fuzzy interference. However, the PWM2 of buck converter is maintained to provide protection for the battery. For instance, if the battery voltage continues to increase gradually while current is low during the charging process, the fuzzy controller will maintain increase current A drop in the charging current level triggers the fuzzy controller to increase o/p voltage of the charger, by modifying the duty cycle of the boost converter. The fuzzy controller for the battery charger system is constructed based on i/p membership function corresponding to battery voltage and charging current, while the o/p membership function is related to duty cycle of boost PWM1, after which new duty cycle of PWM1 is defined.

电池充电器的设计步骤

开放的Matlab。

型模糊

•进入文件......新的........Sugeno模型

•添加变量的输入，也从编辑菜单....系统的输出

•选择第一个输入变量.......从GUI....中命名它然后双击块，根据系统的要求调整范围和成员功能。对第二个输入和输出重复相同的步骤…

•将第一个变量命名为来自电池的输入电压，第二个变量命名为当前电平。将第一个输出命名为升压电路的占空比，其他输出命名为降压电路......的占空比

•调整输入隶属度函数的范围以及系统......的输出

•双击系统的中央块，使用模糊逻辑工具箱中的规则编辑器创建规则。进入查看.....Surface......，从而查看Surface.......

•查看.........规则........查看规则

•保存文件。

•将文件导出到工作区。

•文件 ..........导出到..........工作区。

•在命令窗口中输入Simulink。

•Simulink浏览器将打开并转到文件......选择新的…

•从Simulink浏览器单击Source并选择信号发生器，然后将其拖动到Simulink环境中的电压信号....

•双击它和调整参数，如信号的类型和频率和采样时间....

•输入Current.......重复相同的步骤

•从常用的块中搜索MUX并将其拖到simulink环境中。

•将两个信号发生器的输入连接到MUX。

•单击模糊逻辑工具箱，将模糊控制器拖动到simulink环境中。双击并输入导出到工作区的FIS文件的名称。从相同的Simulink浏览器中拖动另一个信号生成器。双击它，从外部源选择信号的选项，并将模糊控制器的输出连接到信号发生器........的输入

•在同一环境中拖动另一个MUX，然后将模糊控制器给出输入的信号发生器的O/P连接到MUX的一个输入，并将输入电压块连接到MUX的另一个输入.....

•从浏览器中搜索范围，然后将其拖动到simulink环境中，并连接范围的输入。双击作用域块，将出现一个黑色窗口。右键单击它，调整Axis参数和其他参数。

•进入simulink环境的主窗口，然后转到

•模拟........开始仿真。

•在模型构建........的范围窗口中观察O/P

•调整各项参数，以获得更好的结果，并检查系统的性能.............

仿真结果

上面的文件显示了为BOOST电路电池充电器制作的模糊推理系统。

上面的文件显示了模糊推理系统，这是为BUCK电路电池充电器。

上图为为电池高效充电而设计的模糊控制器的基本框图。

上图显示了在源向系统提供各种输入时发生的规则触发。

上图显示了在源向系统提供各种输入时发生的规则触发。

上图显示了BOOST和BUCK电路的占空比宽度的连续变化，该电路用于充电和充电过程中对电池的保护。

结论

•在上述讨论中，提出了应用于电池充电器的模糊反馈控制器。该DSP套件成功地为电池充电器提供了近乎最优的PWM波形发生器和模糊反馈控制。因此，减少了对额外组件的需求。

•基于DSP的模糊逻辑控制器通过使用先进的模糊逻辑技术进行电池系统反馈控制，为控制电池电量提供了出色的替代方法。

•电池充电器系统能够以更好的动态性能和易于实现的方式实现预期的o/p。

参考文献

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