基于模糊控制的恒流源

0 引言
各種電子設(shè)備中，電源都是關(guān)鍵的部件，其性能影響著整個(gè)設(shè)備的性能指標(biāo)。應(yīng)用中大多數(shù)是電壓源，但工業(yè)上為了避免傳輸線路的電阻和電磁干擾，通常都采用電流源作為通信信號(hào)。在激光應(yīng)用領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器是一種電流型驅(qū)動(dòng)器件，其電源為恒流源，電流源性能的好壞直接影響到整個(gè)激光器裝置的技術(shù)指標(biāo)。為了使電流源的性能更好，充分發(fā)揮智能控制的作用，提出了一種基于模糊控制的恒流源，通過(guò)模糊算法的控制使恒流源的性能更好，以滿(mǎn)足現(xiàn)代電子設(shè)備對(duì)恒流源越來(lái)越苛刻的要求。

1 總體方案概述
本設(shè)計(jì)采用三星公司的嵌入式ARM9 S3C2410處理器作為恒流源的控制和電流檢測(cè)核心，實(shí)現(xiàn)了20～2000mA的高精度模糊控制恒流源，如圖1所示。在處理器中運(yùn)用模糊控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)于恒流源的實(shí)時(shí)控制，電流測(cè)量采用無(wú)溫度漂的康錳銅電阻絲作為取樣電阻，利用S3C2410外擴(kuò)的A／D輸入口進(jìn)行電流檢測(cè)和監(jiān)控。硬件電路恒流控制部分采用精密運(yùn)算放大器構(gòu)成閉環(huán)反饋控制。電源部分采用大功率變壓器供電，多級(jí)電容濾除紋波干擾；電源輸出采用穩(wěn)壓芯片進(jìn)行穩(wěn)壓。

2 控制原理與控制器設(shè)計(jì)
2．1 模糊控制
模糊控制屬于智能控制的一種，自1965年模糊控制被創(chuàng)建以來(lái)，模糊控制理論及其應(yīng)用得到了迅速發(fā)展。模糊控制是以模糊集合理論、模糊語(yǔ)言變量及模糊推理為基礎(chǔ)的一種智能控制。模糊控制對(duì)數(shù)學(xué)模型的依賴(lài)性弱，不需要建立過(guò)程的精確數(shù)學(xué)模型，并具有良好的魯棒性和適應(yīng)性。模糊控制系統(tǒng)的原理如圖2所示。

2．2 模糊控制器的設(shè)計(jì)
模糊控制器首先要根據(jù)輸入輸出變量的數(shù)量確定系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和模糊推理類(lèi)型，然后確定各個(gè)變量的取值區(qū)間即論域。其次根據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)劃分各變量的模糊子集并確定各子集的隸屬函數(shù)，其中模糊子集的劃分要使相鄰子集隸屬函數(shù)相交點(diǎn)處隸屬度為0．2～0．5左右。最后建立模糊控制規(guī)則，即根據(jù)輸入量的模糊子集確定輸出量的模糊子集。
2．2．1 選擇模糊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其邏輯算法
模糊控制器選用采樣電壓的偏差e和偏差變化率ec作為輸入量，因此該模糊控制器為二維模糊控制器。模糊推理類(lèi)型主要有兩種：Mamd ani和Sugeno，兩者的主要差別在輸出量的類(lèi)型上，Mamdani是以模糊子集的形式輸出，而Sugeno則采用具體的函數(shù)形式輸出。結(jié)合本系統(tǒng)的特點(diǎn)，模糊控制器的推理選用Mamdani推理。
2．2．2 輸入輸出變量的論域、模糊子集和隸屬函數(shù)
采樣電壓最大值為2V，所以其模糊集上的論域e，ec={-2，2}。根據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)選取其模糊子集e={-2，-1．5，-1，0，1，1．5，2)，記為{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}；ec={-2，-1．5，-1，0，1，1．5，2}，記為{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}；
2．2．3 建立模糊規(guī)則
為了便于模糊規(guī)則在微處理器的實(shí)現(xiàn)，可以利用matlabi進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。運(yùn)用matlab的模糊工具箱構(gòu)建模糊控制器的推理過(guò)程，并把所對(duì)應(yīng)的模糊推理表的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，在微處理器中模糊推理使用。輸出變量和輸出變量之間的整體相關(guān)情況如圖3所示。

根據(jù)matlab生成的數(shù)據(jù)得到模糊推理表，如表1所示。在S3C2410處理器中構(gòu)建該表用作模糊推理。