一种电源电压调节的控制方法和系统的制作方法

专利名称：一种电源电压调节的控制方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明属于通信电源技术领域，具体涉及一种电源电压调节的控制方法和系统。
背景技术：
当今时代，信息技术以及通信技术飞速发展，通信网络的覆盖范围越来越广，大量 通信基站投入建设，各大电信及移动通信运营商对于通信设备的需求量大增，而作为通信 设备中必不可少的供电环节一通信电源设备，其需求量也大幅提升。在这样的市场背景下， 提高现有通信组合电源的性能则变得十分重要。由于组合电源普遍配置蓄电池工作，电池 管理已成为组合电源监控系统中一个非常重要的模块。PWM调压系统是电池管理中的重要 组成部分，其性能的优化对于提高系统性能有着重要意义。目前利用PWM方式调压的组合电源监控系统中，普遍采用增量闭环控制系统来实 现。相比智能整流器的限流方式而言，PWM方式简单可靠，不容易出现意外错误(比如整流 器故障、通讯中断、负载瞬间变化很大等)；而最大不足就是控制响应速度很慢。如果用户 调节的电池充电电压范围很大，PWM方式可能需要数分钟以上的时间才能调整整流器输出 到额定的电压点。这也是闭环控制系统的先天不足。如要实现更快速的响应，很可能会付 出系统振荡的代价。在适合使用的数字控制系统中，除了闭环控制系统外，还有PID和模糊控制算法 等。对于PID控制，由于组合电源应用环境差异性很大，所配置的整流器，电池组的种类间 的差异性也很大，实验方式确定的PID控制器参数很受局限，无法广泛适用。而模糊控制算 法，需对被设计的控制对象行为有深入的理解；出于通信电源的复杂性和高可靠性要求，设 计难度相当大，因此在通信电源领域，目前尚无成功的尝试和应用。

发明内容
本发明要解决的主要技术问题是，提供一种电源电压调节的控制方法和系统，优 化了电池管理功能，提高了输出动态性能。为解决上述技术问题，本发明提供一种电源电压调节的控制方法，包括步骤定义输入状态集合和输出状态集合，定义PWM模糊控制规则，所述PWM模糊控制规 则根据输入状态的不同组合与不同输出状态的对应关系，得到对应输出状态的控制结果； 根据PWM模糊控制规则进行电源电压的控制调节。进一步，所述输入状态集合包括电压偏差状态集合、电压变化状态集合和电流偏 差状态集合。进一步，所述电压偏差状态集合包括以下状态成员输出电压太低、输出电压低、 输出电压正好合适、输出电压高、输出电压太高；所述电压变化状态集合包括以下状态成 员输出电压下降太快、输出电压下降、输出电压保持不变、输出电压上升、输出电压上升太 快；所述电流偏差状态集合包括以下状态成员电池电流太低、电池电流低、电池电流正好 合适、电池电流高、电池电流太高。
进一步，所述电压偏差状态集合中，状态成员为所述输出电压正好合适的区间值 包括电压偏差在-0. 3V 0. 3V以内；状态成员为所述输出电压高的区间值包括电压偏差 在-IV OV以内；状态成员为所述输出电压低的区间值包括电压偏差在OV IV以内；状 态成员为所述输出电压太高的区间值包括电压偏差在-0. 5V以外；状态成员为所述输出电 压太低的区间值包括电压偏差在0. 5V以外。进一步，所述电压变化状态集合中，状态成员为所述输出电压保持不变的区间值 包括电压的变化率在-0. IV 0. IV之间表示；状态成员为所述输出电压上升的区间值包括 电压的变化率在-0. 4V OV之间；状态成员为所述电压上升过快的区间值包括电压的变化 率小于-0. 3V ；状态成员为所述电压下降的区间值包括电压的变化率在OV 0. 4V之间；状 态成员为所述电压下降过快的区间值包括电压的变化率大于0. 3V。所述电流偏差状态集合中，状态成员为所述电池电流正好合适的区间值包括电池 充电电流的偏差在90% 110%内；状态成员为所述电池电流高的区间值包括电池充电 电流的偏差在100% 140%之间；状态成员为所述电池电流太高的区间值包括电池充电 电流的偏差大于120% ；状态成员为所述电池电流低的区间值包括电池充电电流的偏差在 60% 100%之间；状态成员为所述电池电流太低的区间值包括电池充电电流的偏差小于 80%。进一步，所述输出状态集合包括以下输出状态输出电压应该下降很多、输出电压 应该降低、输出电压应该保持、输出电压应该升高、输出电压应该升高很多。优选的，所述PWM模糊控制规则根据输入状态的不同组合与不同输出状态的对应 关系，得到对应输出状态的控制结果，具体包括以下至少一种输入状态组合为电池电流太高，以及输出电压下降太快，对应输出状态为输出 电压应该保持；输入状态组合为电池电流太高，以及输出电压下降太快之外的其它电压变化状 态，对应输出状态为输出电压应该下降很多；输入状态组合为电池电流高，以及输出电压下降或者输出电压下降太快，对应输 出状态为输出电压应该保持；输入状态组合为电池电流高，以及输出电压保持不变或者输出电压上升，对应输 出状态为输出电压应该降低；输入状态组合为电池电流正好合适，以及输出电压太低或输出电压低或输出电 压正好合适，对应输出状态为输出电压应该保持；输入状态组合为电池电流正好合适，以及输出电压高，对应输出状态为输出电 压应该降低；输入状态组合为电池电流正好合适，以及输出电压太高，对应输出状态为输出 电压应该下降很多；输入状态组合为电池电流低，以及输出电压太低或输出电压低，对应输出状态 为输出电压应该升高；输入状态组合为电池电流低，以及输出电压正好合适，对应输出状态为输出电 压应该保持；输入状态组合为电池电流低，以及输出电压高，对应输出状态为输出电压应该
7降低；输入状态组合为 该下降很多；输入状态组合为 应该升高很多；输入状态组合为 该升高；输入状态组合为 电压应该保持；输入状态组合为 该降低；输入状态组合为
应该下降很多。一种电源电压调节的控制系统，包括监控单元、PWM模糊控制单元和整流器，其 中监控单元用于检测整流器的实际输出电压和电池的实际充电电流，PWM模糊控制 单元定义输入状态集合和输出状态集合，定义PWM模糊控制规则，然后根据监控单元的监 控结果，根据输入状态的不同组合与不同输出状态的对应关系，得到对应输出状态的控制 结果，并根据输出状态的控制结果进行整流器的电源电压的控制调节。进一步，所述PWM模糊控制单元定义的输入状态集合包括电压偏差状态集合、电 压变化状态集合和电流偏差状态集合。进一步，所述PWM模糊控制单元定义的电压偏差状态集合包括以下状态成员输 出电压太低、输出电压低、输出电压正好合适、输出电压高、输出电压太高；所述PWM模糊控 制单元定义的电压变化状态集合包括以下状态成员输出电压下降太快、输出电压下降、输 出电压保持不变、输出电压上升、输出电压上升太快；所述PWM模糊控制单元定义的电流偏 差状态集合包括以下状态成员电池电流太低、电池电流低、电池电流正好合适、电池电流 高、电池电流高。进一步，所述PWM模糊控制单元定义的输出状态集合包括以下输出状态输出电 压应该下降很多、输出电压应该降低、输出电压应该保持、输出电压应该升高、输出电压应 该升高很多。优选的，所述PWM模糊控制规则根据输入状态的不同组合与不同输出状态的对应 关系，得到对应输出状态的控制结果，具体包括以下至少一种输入状态组合为电池电流太高，以及输出电压下降太快，对应输出状态为输出 电压应该保持；输入状态组合为电池电流太高，以及输出电压下降太快之外的其它电压变化状 态，对应输出状态为输出电压应该下降很多；输入状态组合为电池电流高，以及输出电压下降或者输出电压下降太快，对应输 出状态为输出电压应该保持；输入状态组合为电池电流高，以及输出电压保持不变或者输出电压上升，对应输电池电流低，以及输出电压太高，对应输出状态为输出电压应 电池电流太低，以及输出电压太低，对应输出状态为输出电压 电池电流太低，以及输出电压低，对应输出状态为输出电压应 电池电流太低，以及输出电压正好合适，对应输出状态为输出 电池电流太低，以及输出电压高，对应输出状态为输出电压应 电池电流太低，以及输出电压太高，对应输出状态为输出电压出状态为输出电压应该降低；输入状态组合为电池电流正好合适，以及输出电压太低或输出电压低或输出电 压正好合适，对应输出状态为输出电压应该保持；输入状态组合为电池电流正好合适，以及输出电压高，对应输出状态为输出电 压应该降低；输入状态组合为电池电流正好合适，以及输出电压太高，对应输出状态为输出 电压应该下降很多；输入状态组合为电池电流低，以及输出电压太低或输出电压低，对应输出状态 为输出电压应该升高；输入状态组合为 压应该保持；输入状态组合为 降低；输入状态组合为 该下降很多；输入状态组合为 应该升高很多；输入状态组合为 该升高；输入状态组合为 电压应该保持；输入状态组合为 该降低；输入状态组合为 应该下降很多；输入状态组合为
应该下降很多。本发明的有益效果是与现有技术相比，本发明通过确定精确输入状态成员，模糊 化，得到模糊输出；最后通过一定的解模糊规则，将模糊输出集合转化为精确输出量利用模 糊控制逻辑，加快了电池管理中PWM调压系统的响应速度，优化了电池管理功能，提高了输 出动态性能。


图1为本发明实施例提供的一种电源电压调节的控制方法流程图；图2为本发明实施例提供的电压偏差EV的模糊化曲线；图3为本发明实施例提供的电压变化误差DV的模糊化曲线；图4为本发明实施例提供的电流偏差EC的模糊化曲线；图5为本发明实施例提供的一种电源电压调节的控制系统框图。电池电流低，以及输出电压正好合适，对应输出状态为输出电 电池电流低，以及输出电压高，对应输出状态为输出电压应该 电池电流低，以及输出电压太高，对应输出状态为输出电压应 电池电流太低，以及输出电压太低，对应输出状态为输出电压 电池电流太低，以及输出电压低，对应输出状态为输出电压应 电池电流太低，以及输出电压正好合适，对应输出状态为输出 电池电流太低，以及输出电压高，对应输出状态为输出电压应 电池电流太低，以及输出电压太高，对应输出状态为输出电压 电池电流太低，以及输出电压太高，对应输出状态为输出电压
具体实施例方式下面通过具体实施方式
结合附图对本发明作进一步详细说明。本发明应用在通信电源系统中，利用模糊控制逻辑，加快电池管理中PWM调压系 统的响应速度，优化电池管理功能、提高输出动态性能的方法如下选择电源系统中与PWM 调压相关的真实的物理状态变量，在电源监控中，对这些信号进行准确的监测，并与目标状 态比较，确定精确输入成员，模糊化，得到模糊输出；最后通过一定的解模糊规则，将模糊输 出集合转化为精确输出量。为了对后面论述的PWM调压模糊控制便于理解，首先说明一下目前普遍采用的闭 环调压限流的方法1)监控单元检测整流器的实际输出电压和电池的实际充电电流。2)当电池没有大电流充电时，若整流器的实际输出电压等于指定的充电电压(一 般在区间[目标电压-0.05，目标电压+0.09]范围内)，则不需要调节；若输出电压高于目 标电压，则必须下调输出，即根据输出电压和目标电压之间的误差范围，以不同的电压步长 向下调节电压；若输出电压低于目标电压，则以0. IV 0. 2V的稳定步长上调输出。3)当电池的实际充电电流过大，则无条件向下调节输出电压，执行限流调压的逻 辑，保证电池既不能过度充电，也不能充电不足，通常保持电池充电电流在设定的限流值附 近(90% 110%)。电池的限流目标值是通过电池容量X充电电流比率所计算得出的。 如果电池以过大的电流充电，则大步长(0. 5V)下调电压；如果电池以大的电流充电，则以 较小的步长(0. 1 0. 3V)下调电压。若所有的电池的充电电流小或小电流放电，则上调输 出电压，上调步长一般取0. 1 0. 3V。下面详细说明本发明的具体实施方式
。假设某个组合电源系统具备交流输入、AC-DC变换的整流器、直流输出、蓄电池和 监控单元等部件。其中，监控单元能够精确并实时检测直流输出的电压，蓄电池的充电电 流；并且通过PWM方式对整流器进行电压调节，以便控制电池的充电电压、限制充电电流。请参阅图1所示，图1为PWM调压模糊控制方法的流程图，包括以下步骤S101、根据通信组合电源系统的配置和性能，选择合适的PWM调压相关真实状态 变量，本实施例中选择“电压偏差”、“电压偏差变化”、“电流偏差”三个物理量为模糊控制器 的精确输入变量模糊集，选择“占空比变化”则为这个模糊控制器的精确输出变量模糊集。 PWM调压系统的主要控制目标是输出电压，最终的控制目的则是电池的充电电流，故控制系 统的功能也一定程度决定了输入状态变量的选择。S102、对选取的这几个状态变量进行有效可靠的检测。电源监控单元需要对输 出电压和电池充电电流的进行较高精度的检测。硬件上，检测电路可以采用高精度、稳定 性较好的元器件，配合软件上，采用数字滤波等算法进行去扰，使得电压的检测精度能达到 0. 5%、误差士0. IV ；电池电流的精度达到1%、误差士0. IA0另一方面，从实时性的角度讲， 监控单元以两百毫秒周期地检测输出电压和电池电流；每秒钟周期地调节输出电压。因此， 从数据的可靠性和及时性角度讲，输出电压和电池电流也适合作为控制系统的输入变量。S103、根据通信电源的输出调压以及电池充电管理等性能上的需要，划分PWM调 压模糊控制系统的输入输出模糊集的状态成员，并根据检测到的物理量值确定其对应的输 入成员集的状态。0072]本实施例对系统进行模糊系统输入输出变量成员集的划分，如下0073]1)定义四个精确输入物理量0074]V0L_TARGET 目标输出电压0075]V0L_0UT 实际输出电压(测量电压)0076]CUR_LIMITED 限电流0077]⑶R_0UT 实际充电电流(测量电流)0078]2)定义一个精确输出物理量0079]N占空比的数据值0080]3)定义三个精确控制输入0081]EV =V0L_TARGET-V0L_0UT 电压偏差(目标输出电压与实际输出电压之0082]DV =V0L_0UT (N) -V0L_0UT (N-I)电压变化0083]EC =OTR_LIMITED-⑶R_0UT 电流偏差(限电流与实电电流)0084]4)定义一个精确控制输出0085]ZNN=N +ZN占空比变化0086]本实施例定义了以下输入成员集合的状态0087]1)电压偏差EV 0088]EVNL输出电压太低0089]EVNS输出电压低0090]EVZE输出电压正好合适0091]EVPS输出电压高0092]EVPL输出电压太高0093]2)电压变化DV 0094]DVNL输出电压下降太快0095]DVNS输出电压下降0096]DVZE输出电压保持不变0097]DVPS输出电压上升0098]DVPL输出电压上升太快0099]3)电流偏差EC 0100]ECNL电池电流太低0101]ECNS电池电流低0102]ECZE电池电流正好合适0103]ECPS电池电流高0104]ECPL电池电流太高0105]同时，定义了以下的精确输出状态成员集合的状态0106]1)输出变量0107]ONL输出电压应该下降很多0108]ONS输出电压应该降低0109]OZE输出电压应该保持0110]OPS输出电压应该升高
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OPL 输出电压应该升高很多其中，状态成员的值域为绝对FALSE至绝对TRUE。由于监控系统利用单片机 控制PWM调压时，输出寄存器是一个字节，因此定义每一个模糊状态成员的值域从绝对 TRUE (255)到绝对 FALSE (0)。S104、对划分出的模糊集合的各个状态成员进行量化，给出了误差的模糊化曲线， 并根据输入变量的状态成员值得到相应的量化值，模糊量化曲线。为了计算方便，本发明对电压误差、电池电流误差、电压变化等都乘以10倍后取 整。下面分别进行介绍。对于电压误差，输出电压偏差在士0. IV内，则误差为0，正好满足本发明对输出 电压的精度要求。电压偏差EV的模糊化曲线如图2所示，误差在士3(士0.3V)以内，表示 EVZE ；在士 10以内，表示EVPS或EVNS ；在士 5以外，表示EVPL或EVNL。当然，这些阈值都 是可以调整的。如图3所示，电压变化为每秒钟输出电压的变化量。若电压的变化率在 士 1 (-0. IV 0. IV)内，则认为误差为0，表示DVZE ；在-4 0 (-0. 4V 0V)以内，认为电 压上升，表示DVPS0为-0. 2V时，值为255 ；小于-2 ( < -0. 2V)，则认为电压上升过快，表示 DVPL0小于-0. 5V时，值为255 ；在0 4(0V 0. 4V)以内，认为电压下降，表示DVNS。为 0. 2V时，值为255 ；大于2 ( > 0. 2V)，则认为电压下降过快，表示DVNL。大于0. 5V时，值为 255 ；这些阈值也都是可以调整的。如图4所示，若电池充电电流的偏差在士 1(90% 110% )内，则误差为0; 在-4 0(100% 140% )以内，认为电池电流高，表示ECPS，为-2(120% )时，值为255 ； 小于_2( > 120% )，则认为电池电流太高，表示ECPL，小于_5( > 150% )时，值为255 ； 在0 4(60% 100% )以内，认为电池电流低，表示ECNS，为2(80% )时，值为255 ；大于 2( < 80% )，则认为电池电流太低，表示ECNL，大于5( < 50% )时，值为255。当然，这些 阈值根据实际情况都是可以调整的。S105、制定出PWM调压模糊控制器的控制规则，并根据该控制规则得到输出变量 的状态成员。本实施例制定的PWM调压模糊规则如下所示· if ECPL and DVNL then OZE如果电池电流太高但是输出电压下降太快，输出电压应该保持· if ECPL and (DVNS or DVZE or DVPS or DVPL)then ONL如果电池电流太高但是输出电压没有很快下降(输出电压下降太快之外的其它 电压变化状态)，输出电压应该下降很多· if ECPS and (DVNL or DVNS)then OZE如果电池电流高，但是输出电压下降或者下降太快，输出电压应该保持· if ECPS and (DVZE or DVPS or DVPL)then ONS如果电池电流高，但是输出电压保持不变或者上升，输出电压应该降低· if ECZE and (EVNL or EVNS or EVZE )then OZE如果电池电流正好合适并且输出电压太低/低/正好合适，输出电压应该保持· if ECZE and (EVPS )then ONS
如果电池电流正好合适并且输出电压高，输出电压应该降低· if ECZE and (EVPL) then ONL如果电池电流正好合适并且输出电压太高，输出电压应该下降很多· if ECNS and (EVNL or EVNS)then OPS如果电池电流低并且输出电压太低/低，输出电压应该升高· if ECNS and (EVZE) then OZE如果电池电流低并且输出电压正好合适，输出电压应该保持· if ECNS and (EVPS) then ONS如果电池电流低并且输出电压高，输出电压应该降低· if ECNS and (EVPL) then ONL如果电池电流低并且输出电压太高，输出电压应该下降很多· ifECNL and EVNL then OPL如果电池电流太低并且输出电压太低，输出电压应该升高很多· ifECNL and EVNS then OPS如果电池电流太低并且输出电压低，输出电压应该升高· if ECNS and (EVZE) then OZE如果电池电流太低并且输出电压正好合适，输出电压应该保持· if ECNS and (EVPS) then ONS如果电池电流太低并且输出电压高，输出电压应该降低· if ECNS and (EVPL) then ONL如果电池电流太低并且输出电压太高，输出电压应该下降很多关于PWM模糊控制规则，本实施例中在设计控制规则时，很大程度上遵循了 PWM闭 环调压逻辑。监控单元控制输出电压的根本目的是限制电池充电电流，在控制好电池充电 电流后再适当调节输出电压。下面举几个典型的例子进行分析1)如果电池电流很大但是输出电压下降太快，说明当前整流器已经硬件限流，此 时PWM调节没有太大意义，因此保持当前电压；2)如果电池电流很大但是电压没有很快下降，此时为了保护电池防止过充，应该 立即大幅下降输出电压，减小整流器和电池的压差，从而减小电池电流，达到限流的目的；3)当电池电流正好合适的时候，输出电压比较低，说明此时系统已经降低了输出 电压来实现对电池电流的控制，那么则必须控制输出电压，不能再令其上升；反之，如果电 池电流合适的时候，输出电压高于目标电压，则此时需要将输出电压降至目标电压，而不必 考虑电池充电电流会减小；4)当电池电流比较低的时候，如果输出电压低于目标值，则一边上调输出电压，一 边观察电池电流，如果上升到目标电压时，电池仍没有过充电，则可以将输出稳定在目标电 压。如果在上调电压过程中，若电池已经出现过充电，则停止上调电压以稳定充电电流。当 然，如果输出电压高过了目标值，不必担心电池过充电出现，只需下调输出电压至目标值即可。S106、解模糊过程。通过去模糊化的加权平均计算后，可以得到精确的ZN输出。
13这里所选的权系数会根据控制效果进行调整，主要是根据组合电源输出性能以及电池管理 的特性，再结合PWM调压限流逻辑，使得控制效果向预期的方向发展。需要说明的是，对于输出电压调节的PWM占空比的控制ZN必须限定一定的范 围，比如(-TN, +TN)。当ONL为绝对TRUE (255)时，」N为-30 (对应的输出电压下调0. 5V)； 当ONS为绝对TRUE (255)时，相应的」N为_6(对应的输出电压下调0. IV)。当OPL为绝 对TRUE (255)时，ZN为30 (对应的输出电压上调0. 5V)；当OPS为绝对TRUE (255)时，相 应的ZN为-6 (对应的输出电压上调0. IV)。解模糊时，实时的调整加权系数，达到调节输出PWM控制信号的目的，从而在稳定 系统输出的情况下加快输出电压的调节速度。下面举例加以说明若电池电流很大，但是电压没有很快下降，此时为了防止电池过充，需要大幅下降 输出电压，根据这个控制规则得出模糊输出0NL。本发明先赋予“电池电流很大”较高的权 系数，而给“电压没有很快下降”较低的权系数，当ONL为绝对TRUE (255)时，ZN为_30，将 对应的输出电压下调0.5V。下调完成后，再次观察系统的输出，若发现电池电流仍旧很大， 则模糊控制器继续输出0NL，继续下调输出电压0. 5V。调整若干次后，会出现电池电流较大 而输出电压低，或者电池电流正好合适而输出电压低的情况，此时，稳定电池电流仍拥有比 较重的权重系数。充电一定的时间后，排电压会随着电池电压的上升而上升，电池充电电流 会减小，此时，提高系统的输出性能一一即提高输出电压将拥有比较重的权重系数，而电池 充电电流控制的权重会下降，模糊控制器将执行“如果电池电流低并且输出电压低，输出电 压应该上升”或“如果电池电流正好合适并且输出电压低，保持当前电压”的控制规则。下面对以上所述的PWM方式调压模糊控制过程进行举例说明。主要针对电池电流正常充电以及大电流充电两种情况。假设实际应用时，某个直流通信电源系统的配置如下蓄电池容量300Ah，整流 器6个，负载输出30A。另外，充电电流比率为0. 15C，均充电压设置为56. 4V，浮充电压为 53. 5V，电池电压为50V。电池充电限流值计算公式为限流值=电池总容量X充电电流比率暂不考虑电池充电电流的温度补偿，则电池限流值为300X0. 15 = 45A。当系统发生了停电，由蓄电池为负载供电，而后供电恢复，此时，假设电池电压为 46V，则整流器电压开始由45. OV开始向均充电压56. 4V调节1)开始时，当整流器电压低于电池电压的46V时，不会给电池充电，电池仍处于放 电状态，输入的模糊状态为ECNL和EVNL，此时输出应为0PL，即驱动输出电压快速上升，电 压上升的步长为0. 5V。此时决定系统输出的模糊输入量就是电池电流误差和电压误差。2)当输出电压上升到超过46V后，整流器开始给电池充电，并逐步将负载接手 过来，电池的放电电流逐渐减小，开始向充电过渡，此时，输入的模糊状态仍旧为ECNL和 EVNL，输出也仍旧为0PL，驱动输出电压快速上升，电压上升的步长为0. 5V。此时决定系统 输出的模糊输入量依然是电池电流误差和电压误差。3)观察输出电压，当上升到50V左右时，电池开始有充电电流，开始时充电电流很 小，输入的模糊状态为ECNS和EVNL，此时输出应为0PS，电压上升的速率会相对减慢，上调步长为0. 2V。
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4)当输出电压继续上升，此时已经接近目标电压，电池的充电电流会比较大。如果充电电流的模糊状态达到ECZE，电压的模糊状态为EVNS或EVZE，此时输出为 0ΖΕ，保持住当前的电压，进行稳定的充电；若整流器调压性能不甚好，也有可能充电电流 会短时出现ECPS，此时电压的输入状态为EVZE或EVPS，此时需要降低电池充电电流，输出 ONS，按0. IV步长下调，直至电流的模糊状态达到ECZE，输出为OZE。5)如果电池充电充到一定的程度，充电电流将减小，直到充电电流的模糊状态达 到ECNS，此时输出电压要么为EVNS要么为EVZE，则输出为OPS或OZE 若输出电压没达到 目标电压，则以0. IV缓慢上调，直到达到目标电压能稳定输出；若此时输出电压已经达到 目标电压，则不再调节输出电压，使输出电压能够稳定在目标值。以上是停电到来电时，电池充放电电流变化过程中，限流调压模糊控制逻辑的一 个典型例子。电池的充电电流状态由ECNL到ECNS，再到ECZE (可能会经历一个短暂的ECPS 状态，主要看整流器的调压性能)，根据电池电流的变化对输出电压进行调节，直到输出稳 定，达到充电限流的目的。一般不会出现ECPL的情况。在系统停电时，电池放电至一定程度会导致电池被从 系统切除。当系统供电恢复后，电池将重新通过直流接触器接入到系统，此时，可能会出现 电池大电流充电的情况。当出现ECPS或ECPL的情况时，则要根据电压的误差变化情况来 确定对输出电压的调节若模糊状态为DVNL，表示整流器无法供应足够的输出，已经硬件 下调电压来维持输出，软件不用进行调节，保持即可；若模糊状态为DVNS，则软件继续小幅 下调输出电压，以减小电池的充电电流；若模糊状态为DVPS，DVPL或DVZE，则软件需要停止 上调电压，将电压大幅的下调，直到电池的充电电流达到ECZE，再逐步使输出电压逼近于目 标值。根据上述介绍的方法，本实施例还公开了一种电源电压调节的控制系统，如图5 所示，包括监控单元501、PWM模糊控制单元502和整流器503，其中监控单元501用于检测整流器503的实际输出电压和电池的实际充电电流，PffM 模糊控制单元502定义输入状态集合和输出状态集合，然后进行输入、输出状态的量化，定 义PWM模糊控制规则，然后根据监控单元501的监控结果根据PWM模糊控制规则控制整流 器503的电源电压的调节。所述PWM模糊控制单元502定义的输入状态集合包括电压偏差状态集合、电压偏 差变化状态集合和电流偏差状态集合。所述PWM模糊控制单元502定义的电压偏差状态集合包括输出电压太低、输出电 压低、输出电压正好合适、输出电压高、输出电压太高；所述PWM模糊控制单元定义的电压 偏差变化状态集合包括输出电压下降太快、输出电压下降、输出电压保持不变、输出电压上 升、输出电压上升太快；所述PWM模糊控制单元定义的电流偏差状态集合包括电池电流太 低、电池电流低、电池电流正好合适、电池电流高、电池电流高。所述PWM模糊控制单元502定义的输出状态集合包括输出电压应该下降很多、输 出电压应该降低、输出电压应该保持、输出电压应该升高、输出电压应该升高很多。所述PWM模糊控制单元502定义的PWM模糊控制规则包括以下至少一种输入状态组合为电池电流太高，以及输出电压下降太快，对应输出状态为输出 电压应该保持；
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输入状态组合为电池电流太高，以及输出电压下降太快之外的其它电压变化状 态，对应输出状态为输出电压应该下降很多；输入状态组合为电池电流高，以及输出电压下降或者输出电压下降太快，对应输 出状态为输出电压应该保持；输入状态组合为电池电流高，以及输出电压保持不变或者输出电压上升，对应输 出状态为输出电压应该降低；输入状态组合为电池电流正好合适，以及输出电压太低或输出电压低或输出电 压正好合适，对应输出状态为输出电压应该保持；输入状态组合为电池电流正好合适，以及输出电压高，对应输出状态为输出电 压应该降低；输入状态组合为电池电流正好合适，以及输出电压太高，对应输出状态为输出 电压应该下降很多；输入状态组合为电池电流低，以及输出电压太低或输出电压低，对应输出状态 为输出电压应该升高；输入状态组合为 压应该保持；输入状态组合为 降低；输入状态组合为 该下降很多；输入状态组合为 应该升高很多；输入状态组合为 该升高；输入状态组合为 电压应该保持；输入状态组合为 该降低；输入状态组合为
应该下降很多。综上所述，本发明实施例在现有的以PWM方式调压的组合电源监控系统中，选择 电源系统中与PWM调压相关的真实的物理状态变量，在电源监控中，对这些信号进行准确 的监测，并与目标状态比较，确定精确输入的成员，模糊化，得到模糊输出；最后通过一定的 解模糊规则，将模糊输出集合转化为精确输出量。以优化PWM调压系统的方式，来提高电 池管理性能。通过采用模糊控制逻辑，既保证了系统的稳定性，又加快了当前电池管理中 PWM调压系统的响应速度，能够优化电池管理功能，进行高效的电池管理，提高输出的动态 性能。以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发 明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱电池电流低，以及输出电压正好合适，对应输出状态为输出电 电池电流低，以及输出电压高，对应输出状态为输出电压应该 电池电流低，以及输出电压太高，对应输出状态为输出电压应 电池电流太低，以及输出电压太低，对应输出状态为输出电压 电池电流太低，以及输出电压低，对应输出状态为输出电压应 电池电流太低，以及输出电压正好合适，对应输出状态为输出 电池电流太低，以及输出电压高，对应输出状态为输出电压应 电池电流太低，以及输出电压太高，对应输出状态为输出电压离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护 范围。
权利要求
一种电源电压调节的控制方法，其特征在于，包括步骤定义输入状态集合和输出状态集合，定义PWM模糊控制规则，所述PWM模糊控制规则根据输入状态的不同组合与不同输出状态的对应关系，得到对应输出状态的控制结果；根据PWM模糊控制规则进行电源电压的控制调节。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入状态集合包括电压偏差状态集合、 电压变化状态集合和电流偏差状态集合。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电压偏差状态集合包括以下状态成员 输出电压太低、输出电压低、输出电压正好合适、输出电压高、输出电压太高；所述电压变化 状态集合包括以下状态成员输出电压下降太快、输出电压下降、输出电压保持不变、输出 电压上升、输出电压上升太快；所述电流偏差状态集合包括以下状态成员电池电流太低、 电池电流低、电池电流正好合适、电池电流高、电池电流太高。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电压偏差状态集合中，状态成员为所述 输出电压正好合适的区间值包括电压偏差在-0. 3V 0. 3V以内；状态成员为所述输出电压 高的区间值包括电压偏差在-IV OV以内；状态成员为所述输出电压低的区间值包括电压 偏差在OV IV以内；状态成员为所述输出电压太高的区间值包括电压偏差在-0. 5V以外； 状态成员为所述输出电压太低的区间值包括电压偏差在0. 5V以外。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电压变化状态集合中，状态成员为所述 输出电压保持不变的区间值包括电压的变化率在-0. IV 0. IV之间表示；状态成员为所述 输出电压上升的区间值包括电压的变化率在-0. 4V OV之间；状态成员为所述电压上升过 快的区间值包括电压的变化率小于-0. 3V ；状态成员为所述电压下降的区间值包括电压的 变化率在OV 0. 4V之间；状态成员为所述电压下降过快的区间值包括电压的变化率大于 0. 3V。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电流偏差状态集合中，状态成员为所述 电池电流正好合适的区间值包括电池充电电流的偏差在90% 110%内；状态成员为所述 电池电流高的区间值包括电池充电电流的偏差在100% 140%之间；状态成员为所述电 池电流太高的区间值包括电池充电电流的偏差大于120% ；状态成员为所述电池电流低的 区间值包括电池充电电流的偏差在60% 100%之间；状态成员为所述电池电流太低的区 间值包括电池充电电流的偏差小于80%。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出状态集合包括以下输出状态输出 电压应该下降很多、输出电压应该降低、输出电压应该保持、输出电压应该升高、输出电压 应该升高很多。
8.如权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述PWM模糊控制规则根据输入 状态的不同组合与不同输出状态的对应关系，得到对应输出状态的控制结果，具体包括以 下至少一种输入状态组合为电池电流太高，以及输出电压下降太快，对应输出状态为输出电压 应该保持；输入状态组合为电池电流太高，以及输出电压下降太快之外的其它电压变化状态，对 应输出状态为输出电压应该下降很多；输入状态组合为电池电流高，以及输出电压下降或者输出电压下降太快，对应输出状态为输出电压应该保持；输入状态组合为电池电流高，以及输出电压保持不变或者输出电压上升，对应输出状 态为输出电压应该降低；输入状态组合为电池电流正好合适，以及输出电压太低或输出电压低或输出电压正 好合适，对应输出状态为输出电压应该保持；输入状态组合为电池电流正好合适，以及输出电压高，对应输出状态为输出电压应 该降低；输入状态组合为电池电流正好合适，以及输出电压太高，对应输出状态为输出电压 应该下降很多；输入状态组合为电池电流低，以及输出电压太低或输出电压低，对应输出状态为输 出电压应该升高；输入状态组合为电池电流低，以及输出电压正好合适，对应输出状态为输出电压应 该保持；输入状态组合为电池电流低，以及输出电压高，对应输出状态为输出电压应该降低；输入状态组合为电池电流低，以及输出电压太高，对应输出状态为输出电压应该下 降很多；输入状态组合为电池电流太低，以及输出电压太低，对应输出状态为输出电压应该 升高很多；输入状态组合为电池电流太低，以及输出电压低，对应输出状态为输出电压应该升尚；输入状态组合为电池电流太低，以及输出电压正好合适，对应输出状态为输出电压 应该保持；输入状态组合为电池电流太低，以及输出电压高，对应输出状态为输出电压应该降低；
9.输入状态组合为电池电流太低，以及输出电压太高，对应输出状态为输出电压应 该下降很多。一种电源电压调节的控制系统，其特征在于，包括监控单元、PWM模糊控制单 元和整流器，其中监控单元用于检测整流器的实际输出电压和电池的实际充电电流，PWM模糊控制单元 定义输入状态集合和输出状态集合，定义PWM模糊控制规则，然后根据监控单元的监控结 果，根据输入状态的不同组合与不同输出状态的对应关系，得到对应输出状态的控制结果， 并根据输出状态的控制结果进行整流器的电源电压的控制调节。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述PWM模糊控制单元定义的输入状态集 合包括电压偏差状态集合、电压变化状态集合和电流偏差状态集合。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述PWM模糊控制单元定义的电压偏差 状态集合包括以下状态成员输出电压太低、输出电压低、输出电压正好合适、输出电压高、 输出电压太高；所述PWM模糊控制单元定义的电压变化状态集合包括以下状态成员输出 电压下降太快、输出电压下降、输出电压保持不变、输出电压上升、输出电压上升太快；所述 PWM模糊控制单元定义的电流偏差状态集合包括以下状态成员电池电流太低、电池电流低、电池电流正好合适、电池电流高、电池电流高。
12.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述PWM模糊控制单元定义的输出状态集 合包括以下输出状态输出电压应该下降很多、输出电压应该降低、输出电压应该保持、输 出电压应该升高、输出电压应该升高很多。
13.如权利要求9至12任一项所述的系统，其特征在于，所述PWM模糊控制规则根据输 入状态的不同组合与不同输出状态的对应关系，得到对应输出状态的控制结果，具体包括 以下至少一种输入状态组合为电池电流太高，以及输出电压下降太快，对应输出状态为输出电压 应该保持；输入状态组合为电池电流太高，以及输出电压下降太快之外的其它电压变化状态，对 应输出状态为输出电压应该下降很多；输入状态组合为电池电流高，以及输出电压下降或者输出电压下降太快，对应输出状 态为输出电压应该保持；输入状态组合为电池电流高，以及输出电压保持不变或者输出电压上升，对应输出状 态为输出电压应该降低；输入状态组合为电池电流正好合适，以及输出电压太低或输出电压低或输出电压正 好合适，对应输出状态为输出电压应该保持；输入状态组合为电池电流正好合适，以及输出电压高，对应输出状态为输出电压应 该降低；输入状态组合为电池电流正好合适，以及输出电压太高，对应输出状态为输出电压 应该下降很多；输入状态组合为电池电流低，以及输出电压太低或输出电压低，对应输出状态为输 出电压应该升高；输入状态组合为电池电流低，以及输出电压正好合适，对应输出状态为输出电压应 该保持；输入状态组合为电池电流低，以及输出电压高，对应输出状态为输出电压应该降低；输入状态组合为电池电流低，以及输出电压太高，对应输出状态为输出电压应该下 降很多；输入状态组合为电池电流太低，以及输出电压太低，对应输出状态为输出电压应该 升高很多；输入状态组合为电池电流太低，以及输出电压低，对应输出状态为输出电压应该升尚；输入状态组合为电池电流太低，以及输出电压正好合适，对应输出状态为输出电压 应该保持；输入状态组合为电池电流太低，以及输出电压高，对应输出状态为输出电压应该降低；输入状态组合为电池电流太低，以及输出电压太高，对应输出状态为输出电压应该 下降很多；输入状态组合为电池电流太低，以及输出电压太高，对应输出状态为输出电压应该 下降很多。
全文摘要
本发明公开了一种电源电压调节的控制方法和系统，其中方法包括步骤定义输入状态集合和输出状态集合，定义PWM模糊控制规则，所述PWM模糊控制规则根据输入状态的不同组合与不同输出状态的对应关系，得到对应输出状态的控制结果；根据PWM模糊控制规则进行电源电压的控制调节。与现有技术相比，本发明通过确定精确的输入状态成员，模糊化，得到模糊输出；最后通过一定的解模糊规则，将模糊输出集合转化为精确输出量利用模糊控制逻辑，加快了电池管理中PWM调压系统的响应速度，优化了电池管理功能，提高了输出动态性能。
文档编号H02M7/02GK101908827SQ20101024857
公开日2010年12月8日 申请日期2010年8月9日 优先权日2010年8月9日
发明者熊勇, 王迪 申请人:中兴通讯股份有限公司