基于模糊控制的恒流源設計

　　0 引言

　　各種電子設備中，電源都是關鍵的部件，其性能影響著整個設備的性能指標。應用中大多數(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。在激光應用領域，半導體激光器是一種電流型驅動器件，其電源為恒流源，電流源性能的好壞直接影響到整個激光器裝置的技術指標。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，通過模糊算法的控制使恒流源的性能更好，以滿足現(xiàn)代電子設備對恒流源越來越苛刻的要求。

　　1 總體方案概述

　　本設計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核心，實現(xiàn)了20～2000mA的高精度模糊控制恒流源，如圖1所示。在處理器中運用模糊控制算法實現(xiàn)對于恒流源的實時控制，電流測量采用無溫度漂的康錳銅電阻絲作為取樣電阻，利用S3C2410外擴的A／D輸入口進行電流檢測和監(jiān)控。硬件電路恒流控制部分采用精密運算放大器構成閉環(huán)反饋控制。電源部分采用大功率變壓器供電，多級電容濾除紋波干擾；電源輸出采用穩(wěn)壓芯片進行穩(wěn)壓。

　　2 控制原理與控制器設計

　　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，模糊控制理論及其應用得到了迅速發(fā)展。模糊控制是以模糊集合理論、模糊語言變量及模糊推理為基礎的一種智能控制。模糊控制對數(shù)學模型的依賴性弱，不需要建立過程的精確數(shù)學模型，并具有良好的魯棒性和適應性。模糊控制系統(tǒng)的原理如圖2所示。

　　2．2 模糊控制器的設計

　　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)的基本結構和模糊推理類型，然后確定各個變量的取值區(qū)間即論域。其次根據(jù)專家經(jīng)驗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)的結構及其邏輯算法

　　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。模糊推理類型主要有兩種：Mamd ani和Sugeno，兩者的主要差別在輸出量的類型上，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。結合本系統(tǒng)的特點，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)專家經(jīng)驗選取其模糊子集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}；