CN109256831B - 基于模糊控制算法的充电装置及充电控制方法 - Google Patents

基于模糊控制算法的充电装置及充电控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于模糊控制算法的充电装置及充电控制方法。其中，该充电装置包括：DC/DC变换模块组，DC/DC变换模块组包括多个并联的DC/DC变换模块；储能电容模块；电压检测模块；主控模块，与上位机进行交互，且主控模块上设置有模糊控制器。本发明的基于模糊控制算法的充电装置及充电控制方法，采用多个并联的DC/DC变换模块为储能电容模块充电，并可采用对储能电容模块进行先恒流后恒压的充电模式，提高了该充电装置的充电速度和精度；通过模糊控制器计算从恒流充电模式切换至恒压充电模式的切换电压，保证系统在合理的切换电压下进行切换；在恒压充电模式下，采用平均电流法使每个DC/DC变换模块的输出电流基本相同，保证了该充电装置的稳定性和使用寿命。

Description

基于模糊控制算法的充电装置及充电控制方法
技术领域
本发明涉及地球物理勘探设备领域，具体而言，涉及一种基于模糊控制算法的充电装置及充电控制方法。
背景技术
核磁共振地下水探测技术(Magnetic Resonance Sounding，MRS)是一种基于核磁共振原理的非入侵式地下水直接探测技术，被广泛应用在0至150m深度地下水探测中。核磁共振探水系统进行地下水探测时，首先通过DC/DC变换模块向储能电容模块充电，再由储能电容模块向发射装置提供发射时所需的能量，而发射装置作为核磁共振探水系统的核心设备之一，因此储能电容模块的电压精度对探测效果及反演结果影响较大。另外，一次探测包括充电、发射和采集三个过程，由于发射与采集的所需时间极短，故而总探测时间主要由充电时间决定。因此，储能电容模块的充电速度、充电精度严重影响到探测的效率和效果。
相关技术中公开了一种基于网络的核磁共振探水仪的恒流充放电电源装置，该电源装置采用恒流充电模块为储能电容恒流充电，达到充电设置的电压后停止充电。然而，上述技术存在以下缺陷：(1)由于关断时电流较大且关断动作时间长，因此容易产生过充现象，进而导致充电精度低；(2)充电结束时，大电流瞬间关断会产生尖峰脉冲损伤器件，使得该电源装置的使用寿命大大降低。
相关技术中公开了一种基于阵列逆变充电的核磁共振探水发射装置及工作方法，该发射装置采用多个中、小型功率阵列电源对电容组进行充电，提高了对储能电容组充电的速度。但是，阵列式充电方法充电电流大，过充现象更加严重。
上述相关技术中的核磁共振探水系统的储能装置都存在充电精度低、过充现象严重的问题。因此，需设计一种既能解决充电速度慢又能兼顾充电精度和稳定性的储能电容充电方案。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的第一目的在于提出一种用于核磁共振探水系统的基于模糊控制算法的充电装置。
本发明的第二目的在于提出一种核磁共振探水系统。
本发明的第三目的在于提出一种适用于所述基于模糊控制算法的充电装置的充电控制方法。
为了实现上述目的，本发明的第一方面的技术方案，提供了一种基于模糊控制算法的充电装置，用于核磁共振探水系统，所述核磁共振探水系统包括发射装置，所述充电装置包括：DC/DC变换模块组，所述DC/DC变换模块组包括多个并联的DC/DC变换模块，每个所述DC/DC变换模块用于对储能电容模块充电，还用于实时检测自身的输出电流并发送所述输出电流至主控模块；储能电容模块，用于向所述发射装置提供发射时所需要的能量；电压检测模块，用于实时检测所述储能电容模块两端的实际电压并将所述实际电压发送至主控模块；所述主控模块，与上位机进行交互，且所述主控模块上设置有模糊控制器，所述主控模块用于接收所述输出电流、所述实际电压以及所述上位机发送的所述储能电容模块的预充电电压，并通过所述模糊控制器计算所述储能电容模块充电的切换电压；所述主控模块，还用于根据所述输出电流、所述实际电压、所述预充电电压和所述切换电压控制每个所述DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电流或恒定电压以对所述储能电容模块充电；所述主控模块，还用于在每个所述DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电压时，根据所述输出电流对各个DC/DC变换模块实时进行负载电流均分，以供每个DC/DC变换模块的输出电流基本相同。
优选地，所述的基于模糊控制算法的充电装置还包括：直流电源模块，用于向每个所述DC/DC变换模块提供直流电压。
优选地，每个所述DC/DC变换模块具体包括：全桥变换模块，用于将一种直流电信号转换成另一种不同的直流电信号；电流检测模块，用于实时检测所述全桥变换模块的输出电流并发送该输出电流至子控制模块；所述子控制模块，用于接收所述全桥变换模块的输出电流，并将该输出电流发送至所述主控模块；所述子控制模块，还用于根据所述全桥变换模块的输出电流调节脉宽调制驱动模块的输出占空比，并将所述输出占空比发送至所述脉宽调制驱动模块；所述脉宽调制驱动模块，用于根据所述输出占空比调节所述全桥变换模块的输出电流和输出电压，以供每个所述DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电流或恒定电压；所述主控模块，具体用于接收所述预充电电压、所述全桥变换模块的输出电流和所述实际电压，并通过所述模糊控制器计算所述储能电容模块充电的切换电压；所述主控模块，具体还用于根据所述预充电电压、所述全桥变换模块的输出电流、所述实际电压和所述切换电压控制每个所述DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电流或恒定电压以对所述储能电容模块充电；所述主控模块，具体还用于在每个所述DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电压时，根据所述全桥变换模块的输出电流对各个DC/DC变换模块实时进行负载电流均分，以供每个DC/DC变换模块的输出电流基本相同。
本发明的第二方面的技术方案，提供了一种核磁共振探水系统，该系统包括上述任一技术方案中的基于模糊控制算法的充电装置；发射装置，所述发射装置的输入端与储能电容模块的输出端相连接；上位机，与主控模块进行交互，所述上位机用于接收储能电容模块的预充电电压，并将所述预充电电压发送至所述主控模块。
本发明的第三方面的技术方案，提供了一种充电控制方法，适用于上述任一技术方案中的基于模糊控制算法的充电装置，所述充电控制方法包括：接收并识别出上位机发送的储能电容模块的预充电电压；根据所述预充电电压计算所述储能电容模块充电的基准电压值；实时检测所述储能电容模块两端的实际电压；判断所述基准电压值是否大于所述实际电压；当所述基准电压值大于所述实际电压时，控制每个DC/DC变换模块对所述储能电容模块充电，并实时检测每个DC/DC变换模块的输出电流；根据所述基准电压值、所述实际电压以及第一电压预设值，确定所述充电装置的充电模式；当确定所述充电模式为恒流恒压充电模式时，根据所述输出电流控制每个DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电流；通过模糊控制器基于所述基准电压值计算所述储能电容模块充电的切换电压；当所述实际电压等于所述切换电压时，根据所述输出电流控制每个DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电压，并根据所述输出电流对各个DC/DC变换模块实时进行负载电流均分，以供每个DC/DC变换模块的输出电流基本相同；根据所述基准电压值、所述实际电压、所述输出电流、充电精度、第二电压预设值、第一电流预设值、第二电流预设值以及第三电流预设值，判断所述充电装置是否需要停止充电；当确定所述充电装置需要停止充电时，控制每个DC/DC变换模块停止对所述储能电容模块充电。
优选地，所述的充电控制方法还包括：当所述基准电压值小于等于所述实际电压时，控制每个DC/DC变换模块停止对所述储能电容模块充电；以及当确定所述充电模式为恒压充电模式时，直接根据所述输出电流控制每个DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电压，并根据所述输出电流对各个DC/DC变换模块实时进行负载电流均分，以供每个DC/DC变换模块的输出电流相同。
优选地，所述通过模糊控制器基于所述基准电压值计算所述储能电容模块充电的切换电压的步骤，具体包括：确定所述模糊控制器的输入量为基准电压值Uref，所述模糊控制器的输出量为电压裕量Ucge，以及目标函数为Ucg＝Uref–Ucge；其中，Ucg为切换电压；根据所述输入量和所述输出量确定模糊控制器结构；定义所述输入量和所述输出量两者的模糊集和论域；根据所述输入量确定隶属度函数；根据所述输入量和所述输出量建立模糊控制规则；根据所述模糊控制规则，建立模糊规则控制表；基于所述输入量、所述输出量、所述模糊控制器结构、所述模糊集和论域、所述隶属度函数和所述模糊规则控制表，采用预设模糊推理算法和预设反模糊化算法计算所述切换电压数据。
优选地，所述根据所述预充电电压计算所述储能电容模块充电的基准电压值的步骤，具体包括：根据第一预设公式计算所述储能电容模块充电的基准电压值；所述第一预设公式为Uref＝U×ks，其中，Uref为所述基准电压值，U为所述预充电电压，ks为比例系数；所述根据所述基准电压值、所述实际电压以及第一电压预设值，确定所述充电装置的充电模式，具体包括：计算所述基准电压值与所述实际电压的差值；当所述差值大于第一电压预设值时，确定所述充电装置的充电模式为恒流恒压充电模式；当所述差值小于等于第一电压预设值时，确定所述充电装置的充电模式为恒压充电模式。
优选地，所述根据所述输出电流控制每个DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电流，具体包括：通过电流检测模块实时采集全桥变换模块的输出电流并发送该输出电流至子控制模块；通过子控制模块接收所述全桥变换模块的输出电流，并将该输出电流发送至主控模块；通过子控制模块根据所述全桥变换模块的输出电流调节脉宽调制驱动模块的输出占空比，并将所述输出占空比发送至所述脉宽调制驱动模块；通过所述脉宽调制驱动模块根据所述输出占空比调节所述全桥变换模块的输出电流和输出电压，以控制每个所述DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电流；所述根据所述输出电流控制每个DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电压，并根据所述输出电流对各个DC/DC变换模块实时进行负载电流均分，以供每个DC/DC变换模块的输出电流基本相同，具体包括：通过电流检测模块实时采集全桥变换模块的输出电流并发送该输出电流至子控制模块；通过子控制模块接收所述全桥变换模块的输出电流，并将该输出电流发送至主控模块；通过子控制模块根据所述全桥变换模块的输出电流调节脉宽调制驱动模块的输出占空比，并将所述输出占空比发送至所述脉宽调制驱动模块；通过所述脉宽调制驱动模块根据所述输出占空比调节所述全桥变换模块的输出电流和输出电压，以控制每个所述DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电压；以及根据第二预设公式，计算各个DC/DC变换模块的均流母线电流值；所述第二预设公式为
Figure BDA0001813314520000051
其中，Ie为所述均流母线电流值，Ii为每个DC/DC变换模块的输出电流；对各个DC/DC变换模块实时进行负载电流均分，以供每个DC/DC变换模块的输出电流数据Ii与所述均流母线电流值Ie基本相同。
优选地，所述根据所述基准电压值、所述实际电压、所述输出电流、充电精度、第二电压预设值、第一电流预设值、第二电流预设值以及第三电流预设值，判断所述充电装置是否需要停止充电的步骤，具体包括：根据所述输出电流和第三预设公式，计算各个DC/DC变换模块的输出总电流；根据所述基准电压值、第四预设公式以及第五预设公式，计算第一区间[U3，U4]；所述第三预设公式为
Figure BDA0001813314520000052
所述第四预设公式为U3＝Uref×(1-k)，所述第五预设公式为U4＝Uref×(1+k)；其中，Ii为各个DC/DC变换模块的输出电流，Io为所述输出总电流，Uref为所述基准电压值，k为所述充电精度；所述第一电流预设值为Iomin，所述实际电压为Uo，所述第二电压预设值为Umax，第二电流预设值为Imin以及第三电流预设值为Imax；当所述输出总电流Io小于等于所述第一电流预设值Iomin，以及所述实际电压Uo处于所述第一区间[U3，U4]时，确定所述充电装置需要停止充电；以及当所述实际电压Uo大于所述第二电压预设值Umax，所述输出总电流Io小于所述第二电流预设值Imin，和/或所述输出总电流Io大于所述第三电流预设值Imax时，确定所述充电装置需要强制停止充电。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的基于模糊控制算法的充电装置及充电控制方法，采用多个并联的DC/DC变换模块为储能电容模块充电，并采用对储能电容模块进行先恒流后恒压的充电模式，充分利用了恒流充电模式的充电速度快、恒压充电模式的充电精度高的优势，大大提高了该充电装置的充电速度和精度；
(2)本发明提供的基于模糊控制算法的充电装置及充电控制方法，采用模糊控制算法计算该充电装置从恒流充电模式切换至恒压充电模式的切换电压，保证系统在合理的切换电压下进行切换，进一步地提高了该充电装置的充电速度和精度；
(3)本发明提供的基于模糊控制算法的充电装置及充电控制方法，在恒压充电模式下，采用平均电流法使各个DC/DC变换模块均分负载电流，以供每个DC/DC变换模块的输出电流基本相同，减小各个DC/DC变换模块因电子器件本身差异造成的电压应力不均现象，保证了该充电装置的稳定性和使用寿命。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1示出了本发明的一个实施例的基于模糊控制算法的充电装置的示意框图；
图2示出了本发明的一个实施例的充电装置及核磁共振探水系统的示意框图；
图3示出了本发明的一个实施例的充电控制方法的示意流程图；
图4示出了本发明的一个实施例的计算机装置的示意框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，一种基于模糊控制算法的充电装置，用于核磁共振探水系统，核磁共振探水系统包括发射装置，该基于模糊控制算法的充电装置100包括：
DC/DC变换模块组102，DC/DC变换模块组102包括多个并联的DC/DC变换模块1020，每个DC/DC变换模块1020用于对储能电容模块104充电，还用于实时检测自身的输出电流并发送该输出电流至主控模块108；
储能电容模块104，用于向发射装置提供发射时所需要的能量；
电压检测模块106，用于实时检测储能电容模块104两端的实际电压并将该实际电压发送至主控模块108；
主控模块108，与上位机进行交互，且主控模块108上设置有模糊控制器，主控模块108用于接收所述输出电流、实际电压以及上位机发送的储能电容模块104的预充电电压，并通过模糊控制器计算储能电容模块104充电的切换电压；
主控模块108，还用于根据所述输出电流、实际电压、预充电电压和切换电压控制每个DC/DC变换模块1020同步输出相同的恒定电流或恒定电压以对储能电容模块104充电；
主控模块108，还用于在每个DC/DC变换模块1020同步输出相同的恒定电压时，根据所述输出电流对各个DC/DC变换模块1020实时进行负载电流均分，以供每个DC/DC变换模块1020的输出电流基本相同。
本发明提供的基于模糊控制算法的充电装置100，通过采用多个并联的DC/DC变换模块1020为储能电容模块104充电，并可以通过主控模块108控制每个DC/DC变换模块1020同步输出相同的恒定电流或恒定电压以对储能电容模块充电，具体地，可以采用对储能电容模块104进行先恒流后恒压的充电模式，充分利用了恒流充电模式的充电速度快、恒压充电模式的充电精度高的优势，大大提高了该充电装置的充电速度和精度；当然，也可以直接对储能电容模块104进行恒压充电；其中，所述上位机发送的所述储能电容模块的预充电电压为储能电容模块充电的基准电压值按比例缩小后的电压；
本发明提供的基于模糊控制算法的充电装置100，通过模糊控制器中的模糊控制算法可以计算出所述储能电容模块充电的切换电压，该切换电压为该充电装置从恒流充电模式切换至恒压充电模式的切换电压，保证系统在合理的切换电压下进行切换，进一步地提高了该充电装置的充电速度和精度；
本发明提供的基于模糊控制算法的充电装置100，在恒压充电模式下，采用平均电流法使各个DC/DC变换模块1020均分负载电流，以供每个DC/DC变换模块1020的输出电流基本相同，实现了并联均流控制，减小各个DC/DC变换模块因电子器件本身差异造成的电压应力不均现象，保证了该充电装置的稳定性和使用寿命。
如图2所示，一种充电装置，用于核磁共振探水系统，核磁共振探水系统包括发射装置，该充电装置包括：三个并联的DC/DC变换模块、储能电容模块、电压检测模块、主控模块和直流电源模块，每个DC/DC变换模块包括：全桥变换模块，电流检测模块，子控制模块和脉宽调制驱动模块(PWM驱动模块)。储能电容模块采用储能电容组，该储能电容组由多个大容量储能电容并联组成，电流检测模块采用电流传感器，电压检测模块采用电压传感器，直流电源模块采用24V蓄电池。
其中，24V蓄电池与全桥变换模块相连接，全桥变换模块的输出端与储能电容组的输入端相连接，电流传感器的输出端与子控制模块的输入端相连接，子控制模块的输出端与PWM驱动模块的输入端相连接，PWM驱动模块的输出端与全桥变换模块的输入端相连接，储能电容组的输出端与电压传感器的输入端相连接，且电压传感器与储能电容组并联连接，电压传感器的输出端与主控模块的输入端相连接，子控制模块与主控模块相连接。
具体地，24V蓄电池，用于向每个DC/DC变换模块提供24V直流电压；每个DC/DC变换模块，用于对储能电容组充电；全桥变换模块，用于将24V蓄电池输出的直流电信号转换成另一种不同的直流电信号；电流传感器，用于实时检测全桥变换模块的输出电流并发送该输出电流至子控制模块；子控制模块，用于接收全桥变换模块的输出电流，并将该输出电流发送至主控模块；子控制模块，还用于根据全桥变换模块的输出电流调节PWM驱动模块的输出占空比，并将输出占空比发送至PWM驱动模块；PWM驱动模块，用于根据输出占空比调节全桥变换模块的输出电流和输出电压，以供每个DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电流或恒定电压；储能电容组，用于向发射装置提供发射时所需要的能量；电压传感器，用于实时检测储能电容组两端的实际电压并将该实际电压发送至主控模块；主控模块，与上位机进行交互，且主控模块上设置有模糊控制器，主控模块，具体用于接收上位机发送的储能电容组的预充电电压、全桥变换模块的输出电流和储能电容组两端的实际电压，并通过模糊控制器计算储能电容组充电的切换电压；主控模块，还具体用于根据所述预充电电压、全桥变换模块的输出电流、实际电压和切换电压控制每个DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电流或恒定电压以对储能电容组充电；主控模块，还具体用于在每个DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电压时，根据全桥变换模块的输出电流对各个DC/DC变换模块实时进行负载电流均分，以供每个DC/DC变换模块的输出电流基本相同。
在本实施例中，通过24V蓄电池经由全桥变换模块、电流传感器、子控制模块和PWM驱动模块构成的三个并联的DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电流或恒定电压以对储能电容组充电，再通过主控模块根据并联在储能电容组两端的电压传感器检测到的实际电压、三个子控制模块回传的输出电流、上位机初始化时传输的储能电容组的预充电电压、以及通过模糊控制器计算的储能电容组充电的切换电压，达到了对每个DC/DC变换模块进行控制的目的；
当该充电装置的充电模式为恒流恒压充电模式时，即当充电装置进行先恒流后恒压的充电模式时，每个DC/DC变换模块先同步输出相同的恒定电流，当储能电容模块两端的实际电压等于储能电容模块充电的切换电压时，每个DC/DC变换模块再同步输出相同的恒定电压，以及当该充电装置的充电模式为恒压充电模式时，每个DC/DC变换模块直接同步输出相同的恒定电压；其中，所述上位机发送的所述储能电容模块的预充电电压为储能电容模块充电的基准电压值按比例缩小后的电压；
该充电装置采用三个并联的DC/DC变换模块为储能电容组充电，并可采用对储能电容组进行先恒流后恒压的充电模式，提高了该充电装置的充电速度和精度；通过模糊控制器计算从恒流充电模式切换至恒压充电模式的切换电压，保证系统在合理的切换电压下进行切换；在恒压充电模式下，采用平均电流法使每个DC/DC变换模块的输出电流基本相同，减小各个DC/DC变换模块因电子器件本身差异造成的电压应力不均现象，保证了该充电装置的稳定性和使用寿命。
如图2所示，一种核磁共振探水系统，包括：上述实施例中的充电装置；上位机，与主控模块进行交互，上位机用于接收储能电容组的预充电电压，并将该预充电电压发送至主控模块；发射装置，发射装置包括IGBT驱动模块(Insulated Gate Bipolar Transistor驱动模块，绝缘栅双极型晶体管驱动模块)和发射线圈，储能电容组的输出端与IGBT驱动模块的输入端相连接，IGBT驱动模块的输出端与发射线圈的输入端相连接。
在本实施例中，该核磁共振探水系统由于包含上述实施例中的充电装置，因此该核磁共振探水系统具有上述实施例中的充电装置的全部有益效果，在此不一一赘述。具体实施中，储能电容组在充电结束后与发射装置连接，通过IGBT驱动模块向发射线圈提供发射时所需要的能量。
如图3所示，一种充电控制方法，适用于上述任一实施例所述的基于模糊控制算法的充电装置，所述充电控制方法包括：
步骤302，接收并识别出上位机发送的储能电容模块的预充电电压；
步骤304，根据预充电电压计算储能电容模块充电的基准电压值；
步骤306，实时检测储能电容模块两端的实际电压；
步骤308，判断基准电压值是否大于实际电压；当基准电压值大于实际电压时，进行步骤310；当基准电压值不大于实际电压时，进行步骤324；
步骤310，控制每个DC/DC变换模块对储能电容模块充电，并实时检测每个DC/DC变换模块的输出电流；
步骤312，根据基准电压值、实际电压以及第一电压预设值，判断充电装置的充电模式是否为恒流恒压充电模式；当充电模式的充电模式是恒流恒压充电模式时，进行步骤314；当充电模式的充电模式不是恒流恒压充电模式时，进行步骤320；
步骤314，根据输出电流控制每个DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电流；
步骤316，通过模糊控制器基于基准电压值计算储能电容模块充电的切换电压；
步骤318，判断实际电压是否等于切换电压；当实际电压等于切换电压时，进行步骤320；当实际电压不等于切换电压时，返回步骤314，直到确定实际电压等于切换电压；
步骤320，根据输出电流控制每个DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电压，并根据输出电流对各个DC/DC变换模块实时进行负载电流均分，以供每个DC/DC变换模块的输出电流基本相同；
步骤322，根据基准电压值、实际电压、输出电流、充电精度、第二电压预设值、第一电流预设值、第二电流预设值和第三电流预设值，判断充电装置是否需要停止充电；当充电装置需要停止充电时，进行步骤324；当充电装置不需要强制停止充电时，返回步骤320，直到确定充电装置需要停止充电；
步骤324，控制每个DC/DC变换模块停止对储能电容模块充电。
本发明提供的充电控制方法，当该充电装置的充电模式为恒流恒压充电模式时，即当充电装置进行先恒流后恒压的充电模式时，每个DC/DC变换模块先同步输出相同的恒定电流，当储能电容模块两端的实际电压等于储能电容模块充电的切换电压时，每个DC/DC变换模块再同步输出相同的恒定电压，以及当该充电装置的充电模式为恒压充电模式时，每个DC/DC变换模块直接同步输出相同的恒定电压，充分利用了恒流充电模式的充电速度快、恒压充电模式的充电精度高的优势，大大提高了该充电装置的充电速度和精度；进一步地，通过模糊控制器中的模糊控制算法可以计算出该充电装置从恒流充电模式切换至恒压充电模式的切换电压，保证系统在合理的切换电压下进行切换，进一步地提高了该充电装置的充电速度和精度；进一步地，通过在恒压充电模式下采用平均电流法使各个DC/DC变换模块均分负载电流，以供每个DC/DC变换模块的输出电流基本相同，减小各个DC/DC变换模块因电子器件本身差异造成的电压应力不均现象，保证了该充电装置的稳定性和使用寿命；进一步地，当基准电压值小于等于储能电容模块两端的实际电压时，说明储能电容模块存储的能量足以提供发射装置发射时所需的能量，此时通过控制每个DC/DC变换模块停止对储能电容模块充电，达到该充电装置进行智能化充电的目的；
其中，所述上位机发送的所述储能电容模块的预充电电压为储能电容模块充电的基准电压值按比例缩小后的电压；第一电压预设值、第二电压预设值、第一电流预设值、第二电流预设值以及第三电流预设值均为该充电装置的系统预设参数，由主控模块提前设置在系统内；第一电压预设值为基准电压值与实际电压的差值的标准参考值，用以确认充电装置的充电模式，第二电压预设值为储能电容模块充电的上限值，第一电流预设值为各个DC/DC变换模块的输出总电流的标准参考值，第二电流预设值为各个DC/DC变换模块的输出总电流的下限值，第三电流预设值为各个DC/DC变换模块的输出总电流的上限值；
具体实施例中，第一电压预设值为0.17V，第二电压预设值为50.5V，第一电流预设值为0.05A，第二电流预设值0.01A以及第三电流预设值为3.3A。
在本发明的一个实施例中，所述通过模糊控制器基于所述基准电压值计算所述储能电容模块充电的切换电压的步骤，具体包括：确定所述模糊控制器的输入量为基准电压值Uref，所述模糊控制器的输出量为电压裕量Ucge，以及目标函数为Ucg＝Uref–Ucge；其中，Ucg为切换电压；根据所述输入量和所述输出量确定模糊控制器结构；定义所述输入量和所述输出量两者的模糊集和论域；根据所述输入量确定隶属度函数；根据所述输入量和所述输出量建立模糊控制规则；根据所述模糊控制规则，建立模糊规则控制表；基于所述输入量、所述输出量、所述模糊控制器结构、所述模糊集和论域、所述隶属度函数和所述模糊规则控制表，采用预设模糊推理算法和预设反模糊化算法计算所述切换电压数据。
在本实施例中，根据参考电压值Uref计算本次充电的切换电压Ucg，该切换电压Ucg由模糊控制算法得到。该算法的具体步骤为：
(1)确定模糊控制器结构：采用单变量一维模糊控制器，即单输入单输出的形式。确定模糊控制器的输入量为参考电压值Uref，输出量为电压裕量Ucge，以及目标函数为Ucg＝Uref–Ucge；
(2)定义所述输入量和所述输出量两者的模糊集和论域：参考电压Uref定义为8个模糊集，即{VS(极小)，S(小)，LS(稍小)，M(中等)，LB(稍大)，B(大)，VB(很大)，MAX(最大)}，论域范围为[0，Urefmax]。电压裕量Ucge设置为7个模糊集，即{VS(极小)，S(小)，LS(稍小)，M(中等)，LB(稍大)，B(大)，VB(很大)}，论域范围为[Ucgemin，Ucgemax]。
(3)确定隶属度函数：为更好拟合输入量与输出量之间的关系，隶属度函数的选择根据输入量的不同相应地发生变化，所述隶属度函数包括：Ⅱ型隶属度函数、三角形隶属度函数和S形隶属度函数。
(4)根据所述输入量和所述输出量建立模糊控制规则：模糊规则按照以下两个标准进行设计：a)参考电压值越大，电压裕量越小；b)在接近最大参考电压时，电压裕量增大。
(5)根据所述模糊控制规则，建立模糊规则控制表：根据模糊规则的设计标准，建立模糊规则表1。
表1模糊规则控制表
输入量U<sub>ref</sub> VS S LS M LB B VB MAX
输出量U<sub>cge</sub> VB* B LB M LS S VS S
具体实施例中，模糊规则语句采用“IfAthenB”形式，共有8条规则，例如，第一条规则可为：“IfUref＝VS，thenUcge＝VB；”。
(6)模糊推理与反模糊化：基于所述输入量、输出量、模糊控制器结构、输入量和输出量两者的模糊集和论域、隶属度函数和模糊规则控制表，采用预设模糊推理算法和预设反模糊化算法计算所述切换电压数据。预设模糊推理算法包括Mandani模糊推理方法，预设反模糊化算法包括centroid(面积重心法)反模糊化方法，这两种方法为模糊控制领域技术人员所熟知的方法，在此不再一一赘述。
在本发明的一个实施例中，所述根据所述预充电电压计算所述储能电容模块充电的基准电压值的步骤，具体包括：根据第一预设公式计算所述储能电容模块充电的基准电压值；所述第一预设公式为Uref＝U×ks，其中，Uref为所述基准电压值，U为所述预充电电压，ks为比例系数；所述根据所述基准电压值、所述实际电压以及第一电压预设值，确定所述充电装置的充电模式，具体包括：计算所述基准电压值与所述实际电压的差值；当所述差值大于第一电压预设值时，确定所述充电装置的充电模式为恒流恒压充电模式；当所述差值小于等于第一电压预设值时，确定所述充电装置的充电模式为恒压充电模式。
在本实施例中，通过该充电装置的主控模块接收并识别上位机发送的储能电容模块的预充电电压，由于该主控模块采用的控制芯片输入输出电压范围为0至3.3V，按比例系数ks缩小，因此根据第一预设公式Uref＝U×ks可以准确计算出该次充电的基准电压值，确保该充电装置的充电控制方法得以准确的运行；在该充电装置启动充电前，主控模块根据基准电压值与储能电容模块两端的实际电压之差判断进入哪种充电模式，若压差高于第一电压预设值，则先进入恒流充电模式充电后切换至恒压充电模式，否则直接进入恒压充电模式，达到该充电装置进行智能化充电的目的；第一电压预设值为基准电压值与实际电压的差值的标准参考值，用以确认充电装置的充电模式，具体实施例中，第一电压预设值为0.17V。
在本发明的一个实施例中，所述根据所述输出电流控制每个DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电流，具体包括：通过电流检测模块实时采集全桥变换模块的输出电流并发送该输出电流至子控制模块；通过子控制模块接收所述全桥变换模块的输出电流，并将该输出电流发送至主控模块；通过子控制模块根据所述全桥变换模块的输出电流调节脉宽调制驱动模块的输出占空比，并将所述输出占空比发送至所述脉宽调制驱动模块；通过所述脉宽调制驱动模块根据所述输出占空比调节所述全桥变换模块的输出电流和输出电压，以控制每个所述DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电流；以及
所述根据所述输出电流控制每个DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电压，并根据所述输出电流对各个DC/DC变换模块实时进行负载电流均分，以供每个DC/DC变换模块的输出电流基本相同，具体包括：通过电流检测模块实时采集全桥变换模块的输出电流并发送该输出电流至子控制模块；通过子控制模块接收所述全桥变换模块的输出电流，并将该输出电流发送至主控模块；通过子控制模块根据所述全桥变换模块的输出电流调节脉宽调制驱动模块的输出占空比，并将所述输出占空比发送至所述脉宽调制驱动模块；通过所述脉宽调制驱动模块根据所述输出占空比调节所述全桥变换模块的输出电流和输出电压，以控制每个所述DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电压；以及根据第二预设公式，计算各个DC/DC变换模块的均流母线电流值；所述第二预设公式为
Figure BDA0001813314520000131
其中，Ie为所述均流母线电流值，Ii为每个DC/DC变换模块的输出电流；对各个DC/DC变换模块实时进行负载电流均分，以供每个DC/DC变换模块的输出电流数据Ii与所述均流母线电流值Ie基本相同。
在本实施例中，描述了每个DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电流的过程；具体地，通过主控模块发出充电指令，使得并联的各个DC/DC变换模块同时启动工作并输出相同的恒定电流，再通过电流检测模块检测全桥变换模块的输出电流并回传至该路子控制模块，构成电流反馈闭环回路，再通过子控制模块调节脉宽调制驱动模块的输出占空比使该路DC/DC变换模块恒流稳定输出，进而达到每个所述DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电流的目的，同时再通过电流检测模块将输出电流Ii(i＝1，2……n)回传至主控模块，其中n表示共有n路DC/DC，Ii表示第i路电流值；
进一步地描述了每个DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电压的过程；具体地，通过主控模块发出充电指令，使得各个DC/DC变换模块的输出电压值相同，输出电流值逐渐减小，同时将单输出电流Ii与均流母线电流值Ie进行比较，再通过调节脉宽调制驱动模块的输出占空比使每个DC/DC变换模块的输出电流数据Ii与均流母线电流值Ie基本相同，采用平均电流法保证各个模块DC/DC变换模块，减小各个模块因电子器件本身差异造成的电压应力不均现象，进而保证了该充电装置的稳定性和使用寿命。
在本发明的一个实施例中，所述根据所述基准电压值、所述实际电压、所述输出电流、充电精度、第二电压预设值、第一电流预设值、第二电流预设值以及第三电流预设值，判断所述充电装置是否需要停止充电的步骤，具体包括：根据所述输出电流和第三预设公式，计算各个DC/DC变换模块的输出总电流；根据所述基准电压值、第四预设公式以及第五预设公式，计算第一区间[U3，U4]；所述第三预设公式为
Figure BDA0001813314520000141
所述第四预设公式为U3＝Uref×(1-k)，所述第五预设公式为U4＝Uref×(1+k)；其中，Ii为各个DC/DC变换模块的输出电流，Io为所述输出总电流，Uref为所述基准电压值，k为所述充电精度；所述第一电流预设值为Iomin，所述实际电压为Uo，所述第二电压预设值为Umax，第二电流预设值为Imin以及第三电流预设值为Imax；当所述输出总电流Io小于等于所述第一电流预设值Iomin，以及所述实际电压Uo处于所述第一区间[U3，U4]时，确定所述充电装置需要停止充电；以及当所述实际电压Uo大于所述第二电压预设值Umax，所述输出总电流Io小于所述第二电流预设值Imin，和/或所述输出总电流Io大于所述第三电流预设值Imax时，确定所述充电装置需要强制停止充电。
在本实施例中，主控模块根据电压传感器实时回传的储能电容模块两端的实际电压和各个DC/DC变换模块的输出总电流判断是否控制对该充电装置停止充电。当实际电压Uo处于[Uref×(1-k)，Uref×(1+k)]，以及所述输出总电流Io≤Iomin时对该充电装置停止充电；电容电压高于Umax、所述输出总电流低于Imin或高于Imax时强制停止对该充电装置充电并发出工作异常提示。第一电流预设值Iomin，第二电压预设值Umax，第二电流预设值Imin以及第三电流预设值Imax均为该充电装置的系统预设参数，由主控模块提前设置在系统内；其中，第二电压预设值为储能电容模块充电的上限值，第二电压预设值随着基准电压值Uref的改变而改变，例如，Uref和Umax之间存在如下关系：Umax＝Uref×101％，第一电流预设值为各个DC/DC变换模块的输出总电流的标准参考值，第二电流预设值为各个DC/DC变换模块的输出总电流的下限值，第三电流预设值为各个DC/DC变换模块的输出总电流的上限值。具体实施例中，第二电压预设值为50.5V，第一电流预设值为0.05A，第二电流预设值0.01A以及第三电流预设值为3.3A。
如图4所示，一种计算机装置400包括：存储器402、处理器404及存储在存储器402上并可在处理器404上运行的计算机程序，处理器404执行计算机程序时实现如上述任一实施例中的充电控制方法的步骤。
本发明提供的计算机装置400，处理器404执行计算机程序时，可以通过采用对储能电容模块进行恒流恒压的充电模式，充分利用了恒流充电模式的充电速度快、恒压充电模式的充电精度高的优势，大大提高了该充电装置的充电速度和精度；进一步地，通过模糊控制器中的模糊控制算法可以计算出该充电装置从恒流充电模式切换至恒压充电模式的切换电压，保证系统在合理的切换电压下进行切换，进一步地提高了该充电装置的充电速度和精度；进一步地，通过在恒压充电模式下采用平均电流法使各个DC/DC变换模块均分负载电流，以供每个DC/DC变换模块的输出电流基本相同，减小各个DC/DC变换模块因电子器件本身差异造成的电压应力不均现象，保证了该充电装置的稳定性和使用寿命。
本发明还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述任一实施例中的充电控制方法的步骤。
本发明提供的计算机可读存储介质，计算机程序被处理器执行时，可以通过采用对储能电容模块进行先恒流后恒压的充电模式，充分利用了恒流充电模式的充电速度快、恒压充电模式的充电精度高的优势，大大提高了该充电装置的充电速度和精度；进一步地，通过模糊控制器中的模糊控制算法可以计算出该充电装置从恒流充电模式切换至恒压充电模式的切换电压，保证系统在合理的切换电压下进行切换，进一步地提高了该充电装置的充电速度和精度；进一步地，通过在恒压充电模式下采用平均电流法使各个DC/DC变换模块均分负载电流，以供每个DC/DC变换模块的输出电流基本相同，减小各个DC/DC变换模块因电子器件本身差异造成的电压应力不均现象，保证了该充电装置的稳定性和使用寿命。
根据本发明提供的基于模糊控制算法的充电装置及充电控制方法，在具体实施例一中，通过simulink软件仿真图2所示的充电装置的充电过程，该充电控制方法具体包括如下步骤：
a、系统初始化：主控模块接收到上位机充电指令，并识别出储能电容模块的预充电电压U＝2.5，根据第一预设公式计算该次充电的基准电压值Uref，即Uref＝U×ks＝2.5×20＝50V，其中比例系数ks为20；
b、充电启动判断：实时检测储能电容模块两端的实际电压，所述实际电压Uo为0V，当实际电压Uo小于基准电压值Uref时，确定需要控制每个DC/DC变换模块对储能电容模块充电；
c、充电模式判断：计算基准电压值与实际电压的差值Ue；当所述差值大于第一电压预设值时，确定所述充电装置的充电模式为恒流充电模式；当所述差值小于等于第一电压预设值时，确定所述充电装置的充电模式为恒压充电模式。所述差值Ue＝Uref-Uo＝50V，第一电压预设值Umin设置为0.17V，由于Ue>Umin，因此确定该充电装置先进入恒流充电模式充电后切换至恒压充电模式；
d、恒流充电模式：主控模块发出充电指令，并联的三路DC/DC模块同时启动工作，输出相同的恒定电流1A。电流传感器检测全桥变换器的输出电流Ii(i＝1，2，3)并回传至该路子控制模块，构成电流反馈闭环回路。子控制模块调节PWM模块的输出占空比使该路DC/DC恒流稳定输出，同时将全桥变换器的输出电流Ii回传至主控模块；
e、充电模式切换判断：通过模糊控制器采用模糊算法计算储能电容组充电的切换电压。Ucg由模糊控制算法得到，该算法的具体步骤为：
(1)确定模糊控制器结构：采用单变量一维模糊控制器，即单输入单输出的形式。确定模糊控制器的输入量为参考电压值Uref，输出量为电压裕量Ucge，以及目标函数为Ucg＝Uref–Ucge；
(2)定义所述输入量和所述输出量两者的模糊集和论域：参考电压Uref定义为8个模糊集，即{VS(极小)，S(小)，LS(稍小)，M(中等)，LB(稍大)，B(大)，VB(很大)，MAX(最大)}，论域范围为[0，50]。电压裕量Ucge设置为7个模糊集，即{VS(极小)，S(小)，LS(稍小)，M(中等)，LB(稍大)，B(大)，VB(很大)}，论域范围为[0.75，2.25]。
(3)确定隶属度函数：为更好拟合输入量与输出量之间的关系，隶属度函数的选择根据输入量的不同相应地发生变化，所述隶属度函数包括：Ⅱ型隶属度函数、三角形隶属度函数和S形隶属度函数。
(4)根据所述输入量和输出量建立模糊控制规则：模糊规则按照以下两个标准进行设计：a)参考电压值越大，电压裕量越小；b)在接近最大参考电压时，电压裕量增大。
(5)根据所述模糊控制规则，建立模糊规则控制表：根据模糊规则的设计标准，建立模糊规则表1。
表1模糊规则控制表
输入量U<sub>ref</sub> VS S LS M LB B VB MAX
输出量U<sub>cge</sub> VB* B LB M LS S VS S
具体实施例中，模糊规则语句采用“IfAthenB”形式，共有8条规则，例如，第一条规则可为：“IfUref＝VS，thenUcge＝VB；”。
(6)模糊推理与反模糊化：基于所述输入量、所述输出量、所述模糊集和论域、所述隶属度函数和所述模糊规则控制表，采用预设模糊推理算法和预设反模糊化算法计算所述切换电压数据。预设模糊推理算法包括Mandani模糊推理方法，预设反模糊化算法包括centroid(面积重心法)反模糊化方法，这两种方法为模糊控制领域技术人员所熟知的方法，在此不再一一赘述。
与此同时，电压传感器实时检测储能电容组两端的实际电压并将该实际电压反馈给主控模块，构成电压反馈闭环回路。主控模块将接收到的实际电压Uo与切换电压Ucg比较，当Uo＝Ucg时，发出充电模式切换指令，切换至恒压充电模式继续充电。每个DC/DC变换模块调节每个PWM模块的输出占空比，使每个DC/DC变换模块恒压稳定输出，同时将全桥变换器的输出电流Ii回传至主控模块；
f、恒压充电模式：每个DC/DC变换模块的输出电压值相同，输出电流值逐渐减小。采用平均电流法保证各个DC/DC变换模块均分负载电流，减小各个DC/DC变换模块因电子器件本身差异造成的电压应力不均现象。主控模块将接收到的输出电流Ii与均流母线电流值Ie进行比较，调整PWM占空比，使各路DC/DC均分负载电流，Ii＝Ie时达到稳定输出。其中，根据第二预设公式
Figure BDA0001813314520000171
计算各个DC/DC变换模块的均流母线电流值；其中，Ie为均流母线电流值，Ii为每个DC/DC变换模块的输出电流；
g、充电停止判断：主控模块根据电压传感器实时回传的实际电压Uo、基准电压值Uref、所述输出电流Ii、充电精度k、第二电压预设值Umax、第一电流预设值Iomin、第二电流预设值Imin以及第三电流预设值Imax，确定充电装置是否需要停止充电。当Uo∈[Uref×(1-k)，Uref×(1+k)]且计算各个DC/DC变换模块的输出总电流Io≤Iomin时停止充电，设Iomin＝0.05，k＝0.2％，Umax＝50.5V，Imin＝0.01A以及第三电流预设值为Imax＝3.3A。则充电停止条件为Uo∈[49.9V，50.1V]，Io≤0.05A。一次充电结束后，储能电容与充电电路断开，与发射装置连接。同时，当电容电压达到50.5V、电流小于0.01A或大于3.3A时强制停止充电并由该充电装置发出工作异常提示。
h、进入下一次充电循环：该充电装置进行系统初始化、充电启动判断、充电模式判断、恒流充电模式、充电模式切换判断、恒压充电模式、充电停止判断，直到整个探测系统工作结束。
本发明的具体实施一提供的基于模糊控制算法的充电装置及充电控制方法，采用三个并联的DC/DC变换模块为储能电容组充电，并采用对储能电容组进行先恒流后恒压的充电模式，充分利用了恒流充电模式的充电速度快、恒压充电模式的充电精度高的优势，对充电结果进行分析，充电工作在正常状态，充电电压精度和速度均高于单独的恒压或恒流充电模式，大大提高了该充电装置的充电速度和精度；采用模糊控制算法计算该充电装置从恒流充电模式切换至恒压充电模式的切换电压，保证系统在合理的切换电压下进行切换，保证了该充电装置的充电速度和精度；在恒压充电模式下，采用平均电流法使各个DC/DC变换模块均分负载电流，以供每个DC/DC变换模块的输出电流基本相同，减小各个DC/DC变换模块因电子器件本身差异造成的电压应力不均现象，保证了该充电装置的稳定性和使用寿命。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于模糊控制算法的充电装置，用于核磁共振探水系统，所述核磁共振探水系统包括发射装置，其特征在于，所述充电装置包括：
DC/DC变换模块组，所述DC/DC变换模块组包括多个并联的DC/DC变换模块，每个所述DC/DC变换模块用于对储能电容模块充电，还用于实时检测自身的输出电流并发送所述输出电流至主控模块；
储能电容模块，用于向所述发射装置提供发射时所需要的能量；
电压检测模块，用于实时检测所述储能电容模块两端的实际电压并将所述实际电压发送至主控模块；
所述主控模块，与上位机进行交互，且所述主控模块上设置有模糊控制器，所述主控模块用于接收所述输出电流、所述实际电压以及所述上位机发送的所述储能电容模块的预充电电压，并通过所述模糊控制器计算所述储能电容模块充电的切换电压；
所述主控模块，还用于根据所述输出电流、所述实际电压、所述预充电电压和所述切换电压控制每个所述DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电流或恒定电压以对所述储能电容模块充电；
所述主控模块，还用于在每个所述DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电压时，根据所述输出电流对各个DC/DC变换模块实时进行负载电流均分，以供每个DC/DC变换模块的输出电流基本相同；
每个所述DC/DC变换模块具体包括：
全桥变换模块，用于将一种直流电信号转换成另一种不同的直流电信号；
电流检测模块，用于实时检测所述全桥变换模块的输出电流并发送该输出电流至子控制模块；
所述子控制模块，用于接收所述全桥变换模块的输出电流，并将该输出电流发送至所述主控模块；
所述子控制模块，还用于根据所述全桥变换模块的输出电流调节脉宽调制驱动模块的输出占空比，并将所述输出占空比发送至所述脉宽调制驱动模块；
所述脉宽调制驱动模块，用于根据所述输出占空比调节所述全桥变换模块的输出电流和输出电压，以供每个所述DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电流或恒定电压；
所述主控模块，具体用于接收所述预充电电压、所述全桥变换模块的输出电流和所述实际电压，并通过所述模糊控制器计算所述储能电容模块充电的切换电压；
所述主控模块，具体还用于根据所述预充电电压、所述全桥变换模块的输出电流、所述实际电压和所述切换电压控制每个所述DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电流或恒定电压以对所述储能电容模块充电；
所述主控模块，具体还用于在每个所述DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电压时，根据所述全桥变换模块的输出电流对各个DC/DC变换模块实时进行负载电流均分，以供每个DC/DC变换模块的输出电流基本相同；
通过所述模糊控制器计算所述储能电容模块充电的切换电压，包括：
确定所述模糊控制器的输入量为基准电压值Uref，所述模糊控制器的输出量为电压裕量Ucge，以及目标函数为Ucg＝Uref–Ucge；其中，Ucg为切换电压；
根据所述输入量和所述输出量确定模糊控制器结构；
定义所述输入量和所述输出量两者的模糊集和论域；
根据所述输入量确定隶属度函数；
根据所述输入量和所述输出量建立模糊控制规则；
根据所述模糊控制规则，建立模糊规则控制表；
基于所述输入量、所述输出量、所述模糊控制器结构、所述模糊集和论域、所述隶属度函数和所述模糊规则控制表，采用预设模糊推理算法和预设反模糊化算法计算切换电压数据；
根据所述基准电压值、所述实际电压、所述输出电流、充电精度、第二电压预设值、第一电流预设值、第二电流预设值以及第三电流预设值，判断所述充电装置是否需要停止充电的步骤，具体包括：
根据所述输出电流和第三预设公式，计算各个DC/DC变换模块的输出总电流；
根据所述基准电压值、第四预设公式以及第五预设公式，计算第一区间[U3，U4]；
所述第三预设公式为
Figure FDA0002729910520000021
所述第四预设公式为U3＝Uref×(1-k)，所述第五预设公式为U4＝Uref×(1+k)；其中，Ii为各个DC/DC变换模块的输出电流，Io为所述输出总电流，Uref为所述基准电压值，k为所述充电精度；
所述第一电流预设值为Iomin，所述实际电压为Uo，所述第二电压预设值为Umax，第二电流预设值为Imin以及第三电流预设值为Imax；
当所述输出总电流Io小于等于所述第一电流预设值Iomin，以及所述实际电压Uo处于所述第一区间[U3，U4]时，确定所述充电装置需要停止充电；以及
当所述实际电压Uo大于所述第二电压预设值Umax，所述输出总电流Io小于所述第二电流预设值Imin，和/或所述输出总电流Io大于所述第三电流预设值Imax时，确定所述充电装置需要强制停止充电。
2.根据权利要求1所述的基于模糊控制算法的充电装置，其特征在于，
还包括：
直流电源模块，用于向每个所述DC/DC变换模块提供直流电压。
3.一种核磁共振探水系统，其特征在于，包括：
如权利要求1至2中任一项所述的基于模糊控制算法的充电装置；
发射装置，所述发射装置的输入端与储能电容模块的输出端相连接；
上位机，与主控模块进行交互，所述上位机用于接收储能电容模块的预充电电压，并将所述预充电电压发送至所述主控模块。
4.一种充电控制方法，适用于如权利要求1-2中任一项所述的基于模糊控制算法的充电装置，其特征在于，所述充电控制方法包括：
接收并识别出上位机发送的储能电容模块的预充电电压；
根据所述预充电电压计算所述储能电容模块充电的基准电压值；
实时检测所述储能电容模块两端的实际电压；
判断所述基准电压值是否大于所述实际电压；
当所述基准电压值大于所述实际电压时，控制每个DC/DC变换模块对所述储能电容模块充电，并实时检测每个DC/DC变换模块的输出电流；
根据所述基准电压值、所述实际电压以及第一电压预设值，确定所述充电装置的充电模式；
当确定所述充电模式为恒流恒压充电模式时，根据所述输出电流控制每个DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电流；
通过模糊控制器基于所述基准电压值计算所述储能电容模块充电的切换电压；
当所述实际电压等于所述切换电压时，根据所述输出电流控制每个DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电压，并根据所述输出电流对各个DC/DC变换模块实时进行负载电流均分，以供每个DC/DC变换模块的输出电流基本相同；
根据所述基准电压值、所述实际电压、所述输出电流、充电精度、第二电压预设值、第一电流预设值、第二电流预设值以及第三电流预设值，判断所述充电装置是否需要停止充电；
当确定所述充电装置需要停止充电时，控制每个DC/DC变换模块停止对所述储能电容模块充电；
所述通过模糊控制器基于所述基准电压值计算所述储能电容模块充电的切换电压的步骤，具体包括：
确定所述模糊控制器的输入量为基准电压值Uref，所述模糊控制器的输出量为电压裕量Ucge，以及目标函数为Ucg＝Uref–Ucge；其中，Ucg为切换电压；
根据所述输入量和所述输出量确定模糊控制器结构；
定义所述输入量和所述输出量两者的模糊集和论域；
根据所述输入量确定隶属度函数；
根据所述输入量和所述输出量建立模糊控制规则；
根据所述模糊控制规则，建立模糊规则控制表；
基于所述输入量、所述输出量、所述模糊控制器结构、所述模糊集和论域、所述隶属度函数和所述模糊规则控制表，采用预设模糊推理算法和预设反模糊化算法计算所述切换电压数据；
所述根据所述基准电压值、所述实际电压、所述输出电流、充电精度、第二电压预设值、第一电流预设值、第二电流预设值以及第三电流预设值，判断所述充电装置是否需要停止充电的步骤，具体包括：
根据所述输出电流和第三预设公式，计算各个DC/DC变换模块的输出总电流；
根据所述基准电压值、第四预设公式以及第五预设公式，计算第一区间[U3，U4]；
所述第三预设公式为
Figure FDA0002729910520000041
所述第四预设公式为U3＝Uref×(1-k)，所述第五预设公式为U4＝Uref×(1+k)；其中，Ii为各个DC/DC变换模块的输出电流，Io为所述输出总电流，Uref为所述基准电压值，k为所述充电精度；
所述第一电流预设值为Iomin，所述实际电压为Uo，所述第二电压预设值为Umax，第二电流预设值为Imin以及第三电流预设值为Imax；
当所述输出总电流Io小于等于所述第一电流预设值Iomin，以及所述实际电压Uo处于所述第一区间[U3，U4]时，确定所述充电装置需要停止充电；以及
当所述实际电压Uo大于所述第二电压预设值Umax，所述输出总电流Io小于所述第二电流预设值Imin，和/或所述输出总电流Io大于所述第三电流预设值Imax时，确定所述充电装置需要强制停止充电。
5.根据权利要求4所述的充电控制方法，其特征在于，还包括：
当所述基准电压值小于等于所述实际电压时，控制每个DC/DC变换模块停止对所述储能电容模块充电；以及
当确定所述充电模式为恒压充电模式时，直接根据所述输出电流控制每个DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电压，并根据所述输出电流对各个DC/DC变换模块实时进行负载电流均分，以供每个DC/DC变换模块的输出电流相同。
6.根据权利要求4所述的充电控制方法，其特征在于，所述根据所述预充电电压计算所述储能电容模块充电的基准电压值的步骤，具体包括：
根据第一预设公式计算所述储能电容模块充电的基准电压值；所述第一预设公式为Uref＝U×ks，其中，Uref为所述基准电压值，U为所述预充电电压，ks为比例系数；
所述根据所述基准电压值、所述实际电压以及第一电压预设值，确定所述充电装置的充电模式，具体包括：
计算所述基准电压值与所述实际电压的差值；当所述差值大于第一电压预设值时，确定所述充电装置的充电模式为恒流恒压充电模式；当所述差值小于等于第一电压预设值时，确定所述充电装置的充电模式为恒压充电模式。
7.根据权利要求4所述的充电控制方法，其特征在于，所述根据所述输出电流控制每个DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电流，具体包括：
通过电流检测模块实时采集全桥变换模块的输出电流并发送该输出电流至子控制模块；通过子控制模块接收所述全桥变换模块的输出电流，并将该输出电流发送至主控模块；通过子控制模块根据所述全桥变换模块的输出电流调节脉宽调制驱动模块的输出占空比，并将所述输出占空比发送至所述脉宽调制驱动模块；通过所述脉宽调制驱动模块根据所述输出占空比调节所述全桥变换模块的输出电流和输出电压，以控制每个所述DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电流；
所述根据所述输出电流控制每个DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电压，并根据所述输出电流对各个DC/DC变换模块实时进行负载电流均分，以供每个DC/DC变换模块的输出电流基本相同，具体包括：
通过电流检测模块实时采集全桥变换模块的输出电流并发送该输出电流至子控制模块；通过子控制模块接收所述全桥变换模块的输出电流，并将该输出电流发送至主控模块；通过子控制模块根据所述全桥变换模块的输出电流调节脉宽调制驱动模块的输出占空比，并将所述输出占空比发送至所述脉宽调制驱动模块；通过所述脉宽调制驱动模块根据所述输出占空比调节所述全桥变换模块的输出电流和输出电压，以控制每个所述DC/DC变换模块同步输出相同的恒定电压；以及
根据第二预设公式，计算各个DC/DC变换模块的均流母线电流值；
所述第二预设公式为
Figure FDA0002729910520000061
其中，Ie为所述均流母线电流值，Ii为每个DC/DC变换模块的输出电流；
对各个DC/DC变换模块实时进行负载电流均分，以供每个DC/DC变换模块的输出电流数据Ii与所述均流母线电流值Ie基本相同。
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US9535480B2 (en) * 2013-11-26 2017-01-03 Nec Corporation Power coordination system for hybrid energy storage system
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CN106877474A (zh) * 2015-12-11 2017-06-20 韩会义 一种高效的电池充电系统
CN205787054U (zh) * 2016-06-16 2016-12-07 吉林大学 核磁共振找水仪充放电电源测试装置
CN106100032A (zh) * 2016-07-02 2016-11-09 许昌学院 一种电动汽车用组合充电系统

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