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永磁直线同步电机无传感驱动系统全速范围位置估计新方法

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电机与控制应用 2017年第9期44卷 71-76页

作者：丁莉芬刘大亮王桂荣安小宇郑州轻工业学院电气信息工程学院河南郑州450002 河南送变电工程公司河南郑州450002 中国计量学院机电工程学院浙江杭州310018

为了适应直线电机速度变化范围大的特点,针对永磁直线同步电机(PMLSM)无传感驱动系统中难以在全速范围内精确提取动子位置信息这一问题,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波法(EKF)和位置闭环观测器的复合新型位置估计算法。在电机起动与低速... 详细信息

为了适应直线电机速度变化范围大的特点,针对永磁直线同步电机(PMLSM)无传感驱动系统中难以在全速范围内精确提取动子位置信息这一问题,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波法(EKF)和位置闭环观测器的复合新型位置估计算法。在电机起动与低速时采用EKF,在中高速时采用位置闭环观测器,在速度承接区域采用EKF和闭环观测器算法的加权复合,以实现PMLSM从起动到高速全速范围内高精度的位置估计。仿真试验结果表明,提出的方法在全速范围内能较准确地估计出电机的位置信息。

关键词：永磁直线同步电机无传感驱动系统扩展卡尔曼滤波法位置观测器

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一种简化的锂离子电池SOC估计方法

电源技术 2016年第7期40卷 1359-1361页

作者：张卫平雷歌阳张晓强北方工业大学北京100144

为了克服安时积分法和开路电压法估计电池SOC的缺点,使用扩展卡尔曼滤波法将安时积分法与开路电压法结合起来。使用Thevenin等效电路电池模型作为扩展卡尔曼滤波法的模型基础,提出简化扩展卡尔曼滤波器过程噪声协方差和测量噪声协方差... 详细信息

为了克服安时积分法和开路电压法估计电池SOC的缺点,使用扩展卡尔曼滤波法将安时积分法与开路电压法结合起来。使用Thevenin等效电路电池模型作为扩展卡尔曼滤波法的模型基础,提出简化扩展卡尔曼滤波器过程噪声协方差和测量噪声协方差的方法,使电池SOC估计误差接近开路电压法的水平。最后,通过DST实验验证提出的电池SOC估计方法。

关键词：锂离子电池 SOC估计 Thevenin等效电路模型扩展卡尔曼滤波法过程噪声协方差测量噪声协方差

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基于改进EKF的无人机SOC估算分析

电源技术 2019年第2期43卷 320-323页

作者：张宇王利杰吴铁洲张敏湖北工业大学电气与电子工程学院湖北武汉430068 湖北工业大学太阳能高效利用及储能运行控制湖北省重点实验室湖北武汉430068

多旋翼无人机的工作情况要求采用精度很高的电池剩余电量(SOC)估算方法,而常用的安时法因其特性在该领域中无法做到精确估算,针对多旋翼无人机的工作特性,在戴维南电池模型的基础上,利用扩展卡尔曼滤波法(EKF)估算多旋翼无人机电池剩余... 详细信息

多旋翼无人机的工作情况要求采用精度很高的电池剩余电量(SOC)估算方法,而常用的安时法因其特性在该领域中无法做到精确估算,针对多旋翼无人机的工作特性,在戴维南电池模型的基础上,利用扩展卡尔曼滤波法(EKF)估算多旋翼无人机电池剩余电量,并为提高EKF算法的跟踪效果,加入实时调整因子,改进EKF算法。实验结果表明采用扩展卡尔曼滤波算法估算多旋翼无人机的SOC值有较好效果,改进后的算法相比改进前的算法精度又提高了25%,可以有效解决多旋翼无人机电池SOC值无法精准估算的问题。

关键词：多旋翼无人机剩余电量安时法扩展卡尔曼滤波法跟踪效果

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微纳卫星蓄电池组控制技术研究

微纳卫星蓄电池组控制技术研究

作者：刘昱亨中北大学

学位级别：硕士

当前微纳卫星体积小、重量轻的设计要求与轨道周期短、充放电循环次数多的工作特点,使微纳卫星系统寿命受到了电源系统尤其是蓄电池组寿命的制约。研究可靠、高效的锂离子蓄电池控制技术是当今微纳卫星的当务之急。本文从卫星锂离子电... 详细信息

当前微纳卫星体积小、重量轻的设计要求与轨道周期短、充放电循环次数多的工作特点,使微纳卫星系统寿命受到了电源系统尤其是蓄电池组寿命的制约。研究可靠、高效的锂离子蓄电池控制技术是当今微纳卫星的当务之急。本文从卫星锂离子电池组充放电控制、电池荷电状态估计和卫星锂电池组均衡控制三个方面进行研究,达到改善卫星锂离子电池组性能和利用率,减缓锂离子电池组的损耗速度,延长微纳卫星使用寿命的目的。主要研究工作如下:(1)分析微纳卫星在轨特点和锂离子蓄电池充放电的特点,设计基于Superbuck电路的恒流-恒压充电控制方案,以及稳定母线电压的升压放电控制方案,实现对锂离子电池组充放电的高效控制。(2)针对卫星锂电池组常用的安时积分法估计SOC存在误差积累等问题,提出了一种基于模拟退火算法的扩展卡尔曼SOC估计算法,简化扩展卡尔曼算法在工程应用中需要进行经验试错调试的流程,提高SOC估计精度。(3)针对卫星锂电池组均衡控制大多采用的能量耗散型方案存在热损耗、效率低及均衡速度慢等问题,提出了一种基于均值-模糊控制的双层升降压变换器主动均衡方案。该方案与传统单层均衡方案及无模糊控制的双层均衡方案对比,能更快速改善单体电池间的不一致性,提高锂电池组容量的利用效率及使用寿命。构建微纳卫星蓄电池组控制仿真系统,系统在不同工况下进行仿真,证明充放电控制方案、以SOC估计结果为均衡变量的均衡控制方案可行,符合卫星电源母线控制及对蓄电池组控制的需求。

关键词：微纳卫星锂电池扩展卡尔曼滤波法均值-模糊均衡控制 Superbuck电路

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电动客车蓄电池组SOC监测评估及应用研究

电动客车蓄电池组SOC监测评估及应用研究

作者：曾求勇桂林电子科技大学

学位级别：硕士

随着环境污染和能源危机的加剧,电动汽车以其节能环保的优势,成为了未来汽车发展的一个重要方向,得到了各国政府和企业的重点关注。动力电池作为电动汽车的主要动力源,是电动汽车的重要组成部分。电池SOC(state of charge,SOC)值是反映... 详细信息

随着环境污染和能源危机的加剧,电动汽车以其节能环保的优势,成为了未来汽车发展的一个重要方向,得到了各国政府和企业的重点关注。动力电池作为电动汽车的主要动力源,是电动汽车的重要组成部分。电池SOC(state of charge,SOC)值是反映电池剩余电量的一个重要参数,是用来诊断电池健康状态、制定能量管理策略和判断电池是否过充放电等的重要依据之一。因此对电动汽车动力电池SOC值进行监测和评估十分必要。论文首先阐述了电池SOC的定义,分析了其主要影响因素,详细总结了目前评估动力电池SOC值的各种方法,分析比较了各方法的特点及应用场合,并对电池SOC估计技术的研究发展方向进行了展望。在综合比较电池SOC值的各种估算方法后,确定采用改进的安时法对电池SOC值进行实时估算。论文重点针对安时法的不能确定初始值和具有累积误差两个问题进行了研究改进。本文采用开路电压法估算电池SOC初始值,解决了安时法的初始值问题。基于卡尔曼滤波法较强的误差修正能力,论文采用卡尔曼滤波法与安时法通过权值结合的方式对安时法进行了改进,解决了安时法的累积误差问题。在卡尔曼滤波法估计电池SOC值的过程中,本文选取了应用广泛的戴维宁等效电路模型并对其进行了参数辨识。论文通过在Matlab/Simulink中对改进的安时法进行仿真分析,验证了该方法的可行性,为SOC在线评估系统和SOC估算算法的设计提供了仿真依据。在理论分析和研究的基础上,基于TI公司生产的TMS320LF2407数字信号处理器,本文设计并实现了电动客车动力电池组SOC在线评估系统。最后在实验室条件下,论文对电池SOC值与开路电压之间的关系进行了离线标定,并对所设计的电池SOC在线评估系统进行了实验验证。实验结果表明本文研究的SOC估算算法和电动客车动力电池组SOC在线评估系统,能够实现监测电池状态参数的功能,达到了对电池SOC值进行监测与评估的目标,满足电池SOC在线评估的要求,具有一定的工程参考价值。

关键词：电动客车动力电池 SOC 评估安时法开路电压法扩展卡尔曼滤波法

基于在线监测的电机系统能效及节能潜力评估模型

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基于在线监测的电机系统能效及节能潜力评估模型

作者：张鑫磊华北电力大学

学位级别：硕士

电机能效在线监测的关键在于如何实时准确获得系统中各环节的能效水平,进而对其节能潜力进行评估。本文在系统分析不同能效评估方法的基础上,提出一种将异步电机等效电路法与参数辨识方法相结合的能效在线监测模型,进一步将其用于实际... 详细信息

电机能效在线监测的关键在于如何实时准确获得系统中各环节的能效水平,进而对其节能潜力进行评估。本文在系统分析不同能效评估方法的基础上,提出一种将异步电机等效电路法与参数辨识方法相结合的能效在线监测模型,进一步将其用于实际电机系统能效评估。本文主要工作如下：1)对比各种电机能效测试方法,结合能效在线监测及节能潜力问题分析了各种能效在线测试方法的特点。研究了等效电路法是如何分析电机系统能效及节能潜力的,并提出将等效电路法与参数辨识算法相结合的能效监测方法;2)利用递推最小二乘算法实现了对感应电动机等值电路中各项参数的辨识计算,通过讨论可辨识性问题,分析了不同输入信号对该算法参数辨识性能的影响。在此基础上,通过研究递推最小二乘算法的递推迭代公式,对其辨识精度进行了分析。并利用仿真和试验研究了实际工况下输入信号对该算法辨识精度的影响;3)针对递推最小二乘算法对转子电阻动态辨识性能较差的问题,提出使用扩展卡尔曼滤波法进行转子电阻动态辨识。并研究了扩展卡尔曼滤波法的辨识原理,对其递推过程进行了推导,通过MATLAB/SIMULINK仿真模型对扩展卡尔曼滤波法转子电阻动态辨识性能进行了分析;4)通过将上述参数辨识方法与能效测试方法相结合,利用等效电路法建立了感应电动机能效在线监测模型。一方面,该模型能够实现对感应电动机能效的实时在线监测,另一方面,通过对不同电机的能效进行在线监测可以为电机系统能效节能潜力分析提供依据。最后,利用所建立的模型对一台5.5kW电动机的能效进行了分析验证,并利用标准能效测试B法对模型所得能效进行了验证。

关键词：电机能效递推最小二乘算法扩展卡尔曼滤波法能效监测模型

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铅酸蓄电池充放电监测与控制技术研究

铅酸蓄电池充放电监测与控制技术研究

作者：高顺荣长春工业大学

学位级别：硕士

铅酸蓄电池(Lead-acid battery)是重要的储能装置,在日常生活和工业生产中得到了普遍的认可和使用,其需求的数量也逐渐增加,所以铅酸蓄电池的大量生产、使用以及维护就显得更具有重大意义和经济价值。因此需要对蓄电池进行合理的充放电... 详细信息

铅酸蓄电池(Lead-acid battery)是重要的储能装置,在日常生活和工业生产中得到了普遍的认可和使用,其需求的数量也逐渐增加,所以铅酸蓄电池的大量生产、使用以及维护就显得更具有重大意义和经济价值。因此需要对蓄电池进行合理的充放电,这样才能提高它的工作效率和使用寿命。本文对铅酸蓄电池充放电监测与控制技术进行了如下几个方面的研究工作:首先,本文详细阐述了蓄电池的内部结构和工作机理,分析介绍了蓄电池的一些参数和荷电状态(State of Charge,SOC)的概念以及估算方法。在此基础上为了能更加有效的监控铅酸蓄电池的充放电过程,确定以蓄电池SOC为充放电判断条件,实现铅酸蓄电池充放电的监控管理。其次,针对电池容量对蓄电池SOC估算的影响,在复合模型中引入等效电流系数和温度系数,对此模型进行修正。在修正后复合模型的基础上,采用扩展卡尔曼滤波法(Extended Kalman Filtering,即EKF)对电池SOC进行估算,并用实际值验证了该估算方法的准确性。然后,在上述精确估算铅酸蓄电池SOC值的前提下,以STM32F103C8T6为核心主控芯片,设计了电压、电流和温度等检测电路,对铅酸蓄电池的使用参数进行了采集测量,估算出电池的SOC。并且设计了蓄电池充放电监控管理系统的软硬件部分。最后,应用本文设计的监测系统对铅酸蓄电池充放电过程进行监控实验。通过对蓄电池运行参数和数据进行采集,再使用EKF法估算出SOC,实现了对电池充放电的控制。通过对实验数据和误差的分析,验证了该充放电监控系统的实用性和可行性。

关键词：铅酸蓄电池荷电状态复合模型扩展卡尔曼滤波法主控芯片(STM32F103C8T6)

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基于单片机监控的拖拉机电源管理系统的研究

基于单片机监控的拖拉机电源管理系统的研究

作者：刘冯震吉林农业大学

学位级别：硕士

拖拉机作为农业机具中重要的动力机械,在农业机械化中起着重要的作用。拖拉机启动时需要消耗蓄电池大量的电量,当蓄电池的电量不足时,会导致拖拉机无法正常启动。当拖拉机未启动,发电机不发电,使用拖拉机电源进行夜间照明等耗电用途时,... 详细信息

拖拉机作为农业机具中重要的动力机械,在农业机械化中起着重要的作用。拖拉机启动时需要消耗蓄电池大量的电量,当蓄电池的电量不足时,会导致拖拉机无法正常启动。当拖拉机未启动,发电机不发电,使用拖拉机电源进行夜间照明等耗电用途时,蓄电池会一直处于放电状态,现有农机具会挂载很多电驱装置,发电机供电不足,蓄电池会发生过放电现象,导致其剩余电量无法满足拖拉机正常启动。因此对拖拉机电源管理系统进行研究具有重大意义。本文设计一种拖拉机电源监测管理系统,主要研究内容如下:(1)设计蓄电池SOC估算算法。由于蓄电池属于非线性系统,且影响因素众多,因此最终使用扩展卡尔曼滤波法将非线性的电池系统线性化,再通过标准卡尔曼滤波法进行估算。为了使估算的数值精确,在蓄电池的复合模型中引入等效电流系数与温度系数进行修正。(2)拖拉机电源监测管理系统设计。完成基于STM32F103C8T6监控的拖拉机电源管理系统的硬件电路设计与软件设计,并制作实物。该系统可以将发电机输出电压控制在12.8V-13.8V之间,并实时监测蓄电池的电压、电流和温度,对蓄电池SOC进行估算。(3)拖拉机电源监测管理系统性能验证试验。通过示波器与汽车万能试验台测得受STM32F103C8T6控制的发电机电压波形,将其与受电压调节器控制的发电机输出电压波形与Simulink仿真得到的波形进行对比,通过对比结果分析,发现STM32F103C8T6可以代替电压调节器实现控制发电机输出电压的功能,从而证明拖拉机电源监测管理系统性能满足设计要求。(4)对STM32F103C8T6监测蓄电池参数及算法估算蓄电池SOC的试验与结果进行分析。本文采用三个不同的蓄电池对拖拉机进行启动试验,将STM32F103C8T6测得的蓄电池电压、电流、温度和估算出的蓄电池SOC与实际试验使用的智能蓄电池检测仪测得的数据结果进行对比分析,得出算法估算出的蓄电池SOC准确度可以满足实际要求。通过以上研究,最终得出结论:当蓄电池电压降为7.21V,蓄电池SOC在30%时,拖拉机能够完成正常的三次起动,此时蓄电池处于过放电状态。

关键词：单片机(STM32F103C8T6) 蓄电池复合模型 SOC估算扩展卡尔曼滤波法

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磷酸铁锂电池组能量管理系统研究与设计

磷酸铁锂电池组能量管理系统研究与设计

作者：易军西南交通大学

学位级别：硕士

LiFePO4电池作为各类锂离子可充电电池中的最具潜力的储能电池,具有低成本、安全、优良的循环特性以及大容量等突出优点,具有很强的商业开发价值。由于生产过程中材料和工艺等因素的差别,使得对单体电池的荷电状态(SOC)和整组电池的SOC... 详细信息

LiFePO4电池作为各类锂离子可充电电池中的最具潜力的储能电池,具有低成本、安全、优良的循环特性以及大容量等突出优点,具有很强的商业开发价值。由于生产过程中材料和工艺等因素的差别,使得对单体电池的荷电状态(SOC)和整组电池的SOC的预估往往存在较大的差异,这种差异长期累积会降低电池组的使用寿命。因而设计电池组管理系统降低差异造成的影响具有重要意义。本文重点研究电动车LiFePO4电池系统的能量管理。 1.本文通过对比分析各SOC预估方法,确定扩展卡尔曼滤波法作为预估LiFePO4电池SOC的方法。深入了解扩展卡尔曼滤波法的突出特点以及实用性,基于电池系统应用的目的下,对扩展卡尔曼滤波法进行推算和分析,确保理论上的合理性,得到扩展卡尔曼滤波法准确运算过程和方程表达式。 2.为了仿真模拟LiFePO4电池外特性,根据LiFePo4电池的端电压和电流等外特性实验数据,搭建LiFePO4电池等效电路最优模型。对电动车运行实验进行设计,在TOYOTA电动车上使用两组LP44147132AB型号LiFePO4电池,在平缓的路面启动运行,并由此得到LiFePO4电池组中单体电池的端电压和电流等真实运行数据。利用运行实验端电压和电流与时间等数据,得到单体LiFePO4电池的开路电压(OCV)和电流。然后将OCV和电流作为仿真的参考数据,根据扩展卡尔曼滤波法和最小二乘法,通过拟合仿真数据和实验数据,得到等效电路模型中的参数,拟合得到的参数以及搭建的电池模型良好地反映实际电池状况。 3.采用电池主动平衡法,设计电池能量管理模块,利用MATLAB平台搭建的LiFePO4电池模型,估算电池的SOC,同时协调硬件电路和软件,搭建系统管理平台。设计对比实验,分别进行具有平衡控制电路模块和没有平衡控制电路模块的实验,得出对比实验结论分析。对比实验结果表明,具有平衡控制电路模块的电池组具有更长的运行时间,更多的功率输出和更集中的输入输出特性,受控电路电池的利用率提高,电池的输出功率增加。

关键词： LiFePO4电池 SOC 扩展卡尔曼滤波法电池等效电路模型电池平衡