对矿用电机设施的自动体系的预设

1 快速充电的原理与方法　　
1972 年美国科学家 M AS J A 研究了充电过程中析气的问题，找出了析气的原因和规

律，它以最低析气率为前提，找出了蓄电池能够接受的最大充电电流和可以接受的充电
电流曲线。他在实践的基础上指出：在充电过程中，用某一速率的电流充电，蓄电池只能
充到某一极限值，当达到这一极限值后继续充电时，只能导致电解水反应而产生气体和
温升，不能提高蓄电池的充电速度。M AS J A 在第二届世界电动汽车年会上提出了著名的
马斯三定律，对研究蓄电池的高效快速充电有着重要的指导意义。但是长期以来，这一理
论并未得到充分的重视和应用。
　　2 智能充电方案的确定
　　在蓄电池的充电过程中，它的许多参数及类型、充电率、最大允许充电电流、内阻、析
气点电压及温度等对于每一种蓄电池都是不同的，而且参数之间相互影响，所以运用常
规 PID 控制器很难取得较好的控制效果。而模糊自适应 PID 控制器运用现代控制理论在线
识别被控对象的特征参数，实时改变其控制策略，不依赖于被控对象的精确数学模型，
也能利用人的知识经验设计模糊控制，完成控制任务，具有鲁棒性强，控制效果好的优
点，近几年来倍受人们的青睐。本文针对充电系统的特点，设计了以模糊自适应 PID 为核
心算法的控制器，使充电电流始终动态地跟踪可接受的充电电流并适时去极化，并在 2 h
内使蓄电池的荷电状态达到 89%.在随后的充电过程中，极化现象越加剧烈，此时，即使
放电去极化，也无明显效果。因此，后一段应采用小电流补充充电。该设计缩短了充电时
间，提高了充电效率，既节约用电，又对电池无损伤。
　　3 模糊自适应 PID 控制器的设计
　　设计控制器的输入变量为实时采集的蓄电池的充电电流与给定值的比较误差 e、误差
变化率^e 的绝对值和电解液的密度。经过模糊化处理得到其对应的模糊输入变量。每个语
言变量取值：密度论域为< 0   

， 6> ，模糊子集为{ PZ PS PM PM B PB}；充电电流论域为

< 0

 

， 6> ，模糊子集为{ PZ PS PM PB }；充电电流变化率论域为< - 1  

， 1> ，模糊子集为

{ N S ZE PS }；输出变量 K p 论域为< 0

 

， 2> ，模糊子集为{N B  

， N M   

， N S  

， ZO， 

PS

 

， PM   

， PB}；输出变量 K i 论域为< 0  

， 12> ，模糊子集为{N B  

， N M  

， N S  

， ZO， 

PS，PM }；输出变量 K d 论域为< 0 

 

， 1> ，模糊子集为{N B  

， N M   

， N S  

， ZO  

， PS， 

PM}.输入输出变量语言值的隶属函数均选择三角形的隶属度函数（trim），控制规则选
Mamdani 型控制规则。
　　长期以来，人们总结出了一套 K p、K i、K d 的整定原则，本文依据该原则采用重力中
心法解模糊。
　　在 MAT LAB/ SIM ULINK 环境下新建一个 FIS 文件，用 edit 下的 rules 编写，语句为
If 

 

（ e is N B  

） and   

（ ec is N B  

） and   

（ is N B  

） then  

（ K p is PB    

） （ K i is N B    

） （ K 

d is PS ）If 

 

（ e is N B  

） and   

（ ec is NM   

） and   

（ is N B  

） then（K p is PB    

） （ K i is 

NB

   

） （ K d is N S ）If   

（ e is N B  

） and   

（ ec is N S   

） and   

（ is N B  

） then  

（ K p is 

PM

   

） （ K i is N M    

） （ K d is N B）If   

（ e is N B  

） and   

（ ec is ZO  

） and （is N B） 

then

 

（ K p is PM    

） （ K i is N M    

） （ K d is N B）将编辑好的模糊控制系统存储到 MA 

TLAB 的工作空间，取名为 CHARGE. FIS.
　　4 系统仿真
　　4. 1 仿真控制对象
　　笔者所设计的智能快速充电系统工作于高频开关模式，参考文献论述了铅酸蓄电池
在高频开关模式下充电过程中出现的新特点，建立了一个动力型蓄电池充电过程高频瞬