一种基于ISBO算法的锂离子电池等效电路模型辨识方法研究

锂离子电池等效电路模型的参数辨识方法对模型精度有较大的影响。针对缎蓝园丁鸟优化SBO(satin bowerbird optimization)算法收敛精度低和收敛速度慢的问题,提出一种改进的缎蓝园丁鸟优化ISBO(improved satin bowerbird optimization)算法。采用惯性权重、柯西变异、高斯变异和贪婪选择策略来提高ISBO算法的收敛精度,并利用标准测试函数对其收敛性能进行验证。结合电池充放电数据,将提出的ISBO算法用于锂离子电池等效电路模型的参数辨识。实验结果表明,与SBO和自适应权重粒子群优化算法相比,ISBO算法参数辨识精度较高且辨识精度不受电池工况的影响。

纸基复合吸波超材料吸波性能的等效电路分析方法研究

纸基复合吸波超材料是一种较为理想的宽带雷达吸波材料。以某种具有六边形环结构的纸基复合吸波超材料为例,借助等效电路方法对该材料的吸波性能进行分析。结果表明:借助等效电路方法可以较为直观、准确地得到纸基吸波超材料的吸波性能分析结果,与一般的全波仿真分析方法相比具有更强的实用性。

计及边端效应的直线式移相变压器等效电路分析

直线式移相变压器是一种新型移相变压器,具有绕组结构简单、易于模块化和可任意角度移相的优点。其直线型结构导致变压器存在边端效应,进而导致气隙磁场产生畸变。为了计算出边端效应产生的影响,该文从直线式移相变压器的磁场进行深入分析,并建立计及边端效应的等效电路模型。首先,基于一维场理论对直线式移相变压器进行数学分析,根据场路复功率相等的原则,推导出等效电路二次侧参数,并计算出边端效应修正系数;然后,根据边端效应的分析结果和直线感应电机的等效电路拓扑建立计及边端效应的等效电路模型;最后,通过直线式移相变压器的二维有限元仿真模型和小功率样机的实验,验证了建模方法的合理性和等效电路模型的准确性。

基于等效电路模型的超声波电机串联谐振频率识别方法

在超声波电机运行过程中,由于负载、温升等因素的影响,电机的串联谐振频率会发生漂移。为了对电机进行精确控制,需要准确识别并跟踪电机的串联谐振频率。基于超声波电机的Butterworth-Van Dyke(BVD)等效电路模型,提出电机的串联谐振频率识别方法。利用电机端电压和端电流作为反馈信号,对反馈信号进行处理得到差分电压,进而得到电机端电压与差分电压的相位差,并分析了该相位差与串联谐振频率的关系。在此基础上,设计了相应的电路实现方案,制作了电路实物,采用所提出的方法对样机的串联谐振频率进行识别,并用阻抗分析仪测量了样机的串联谐振频率。结果表明:利用所提出的方法识别得到的串联谐振频率与试验测量得到的串联谐振频率相吻合,证明所提出的超声波电机串联谐振频率识别方法的准确性。

基于电极等效电路模型的锂离子电池无析锂快充策略优化研究

析锂是制约石墨阳极型锂离子电池快充安全与效率的关键问题。为了保障车载电池充电安全、缓解新能源汽车里程焦虑,有必要针对锂离子电池开展无析锂快充研究。鉴于此,该文基于锂离子电池电极等效电路模型,提出一种由阳极电势观测器和充电电流控制器组成的双闭环无析锂快充策略调控方案,实现了锂离子电池的无析锂安全快充。实验结果表明,不同工况下的阳极电势平均观测误差均低于5 mV,最大误差不超过10 mV;在电流调节过程中,阳极电势到达并稳定在设定阈值+1 mV范围内的调节时间为26 s,稳态误差小于0.05 mV,并且无超调和振荡。此外,与1C恒流恒压策略相比,该策略能节省46%的充电时间,充电过程中阳极电势最低为4.8 mV,且将锂离子电池拆解后也未发现析锂,证明该策略能明显缩短充电时间并有效抑制析锂。

考虑端部效应的平面线性感应电磁泵等效电路模型研究

平面线性感应电磁泵是液态金属冷却空间核反应堆的最佳选择之一,具有安全可靠性高和生命周期长等优势。为了研究该电磁泵的纵向和横向端部效应对其性能的影响,建立了考虑端部效应和管道涡流效应的等效电路模型,通过引入端部效应修正系数来表征端部效应对电路中各阻抗的影响。依据公开文献的实验数据对等效电路模型进行了验证,结果表明:在低流量时横向端部效应影响显著,高流量时纵向端部效应更为关键;模型计算得到的电磁泵性能参数与实验数据具有较好的一致性,其中扬程平均相对误差为5.38%,水力效率平均相对误差为7.91%,展现出良好的计算精度。该等效电路模型可为平面线性感应电磁泵的特性分析和性能优化提供一种快速的分析工具和重要的参考依据。

基于等效电路模型的云端动力电池寿命估计

由于目前动力电池管理系统(battery management system,BMS)存在存储小、算力低等问题,仅依靠BMS估计出的容量误差会随电池荷电状态(state of charge,SOC)累计误差增大而逐渐增大。为实现动力电池寿命准确估计,提出了基于等效电路模型(equivalent circuit model,ECM)的动力电池容量估计方法。模型基于开路电压(open circuit voltage,OCV)和SOC的关系,直接建立1阶RC模型和容量联系;通过粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)寻优最小仿真端电压与实际端电压的均方根误差(root-mean-square error,RMSE),此时辨识结果为初步估计容量,结合多项式回归(polynomial curve fitting,PCF)控制卡尔曼滤波(kalman filter,KF)对辨识结果进行了优化。最后对云端实车与传统方法测得的容量进行对比验证,二者的RMSE小于3%且最大绝对误差小于2 Ah。与现有方法相比,该方法能够不单依赖BMS数据准确估计容量。同时,对于实车等复杂场景的应用做出了优化,可以实现实车场景下的容量精确估计。

基于等效电路与数据驱动模型的锂离子动力电池SOC估计技术

该文以二阶等效电路模型作为电池工作特性描述模型,分别利用无迹卡尔曼滤波算法、基于Sage-Husa自适应滤波思想的SR-AUKF算法估算锂电池的SOC值,对不同初始值条件下、不同噪声方差下2种算法的SOC估计及绝对误差曲线进行对比分析。而后在数据驱动模型下,在单独利用门控循环单元神经网络算法估算SOC后,再将之与无迹卡尔曼滤波算法组合应用,对不同工况及温度条件下2种算法的SOC估计结果及绝对误差进行比对,得到等效电路模型、数据驱动模型下锂离子动力电池SOC估计的最佳算法。

等效电路模型法预测动态工况下微型直接甲醇燃料电池剩余使用寿命

微型直接甲醇燃料电池(μDMFC)具有能量密度高、可便携使用、快速补能以及环境友好等优点.然而,由于膜电极在电化学反应中会退化,μDMFC的有效使用寿命有限,所以需要对其健康状态与剩余使用寿命进行评估,为燃料电池改性和控制策略提供决策支持.在结合数据驱动和机理模型预测方法的基础上,针对动态运行工况,提出一种基于等效电路模型(ECM)的μDMFC剩余使用寿命预测方法.在燃料电池的性能退化指标中,电池输出电压可以被实时监测从而获得电池的退化趋势,但这一指标无法单独提供精确的预测结果.通过测量电化学阻抗谱并结合ECM可以得到电池内部阻抗等深层信息,但这些深层信息不易被实时监测,通常只能低频离线测量.此外,燃料电池在实际应用中多处于变工况状态,其退化趋势和使用寿命受工作环境影响,传统基于电压退化趋势回归的预测方法无法应对工况的动态变化.因此,可通过定期离线获取内部退化参量建立预测模型.实验结果表明:与传统数据驱动的方法相比,基于内部退化参量的预测方法能更好地适应变工况环境,在燃料电池剩余使用寿命预测中具有更好的性能.

高压直流换流阀无源宽频等效电路模型的建模

作为高压直流换流站中的关键设备之一,换流阀的宽频特性是一个颇受人们关注的问题。文中以晶闸管换流阀为对象,建立换流阀的无源宽频等效电路模型。采用矢量匹配法对晶闸管、均压电容器和阻容回路的频率阻抗特性进行有理函数逼近,得到极点—留数形式的有理多项式;利用网络综合原理将有理多项式分解和综合,得到宽频有源电路网络。依据端口无源的条件使用序列二次规划法进行端口无源优化,并使用全局优化算法进行严格无源优化,得到换流阀的无源宽频等效电路模型。

八边形片上螺旋电感等效电路模型研究

片上螺旋电感的电感值、品质因数等参数对高速无源延迟电路的性能影响较大,需要进行精确的建模和分析。本文提出了一种八边形片上螺旋电感的双π等效电路模型。该八边形片上螺旋电感双等效电路模型可以有效反映螺旋电感中的趋肤效应、邻近效应、衬底涡流效应、衬底耦合、馈通电容、导体间电容等分布电容的影响。推导了该模型中组件的估算公式,由估算公式得出的组件参数,可作为实际数据拟合的参考值。经过拟合后的等效电路模型参数,在0.1~10GHz频率范围内,与电磁场仿真软件ADS所得的仿真结果误差不超过5%,有很好的一致性。

基于等效电路模型参数辨识的锂电池SOC非线性组合估计

锂离子电池属于刚性系统,呈现出丰富的非线性动力学特性和高度复杂性。其等效电路模型参数及SOC状态量随着电池的使用呈现出慢时变特性,利用常规的SOC估计方法通常存在精确度低、时效性差等不足。将电荷控制型忆阻器与一阶RC模型结合建立四阶混沌系统,利用状态观测器在线辨识混沌系统中的未知参数,实时获取一阶RC模型参数值;利用参数在线辨识值建立准确的一阶RC模型数学表达式,然后采用AEKF和SVR两个模型分别实时估计SOC时间序列,获得两个模型的SOC估计值;最后利用LSTM模型非线性组合AEKF和SVR的估计值,获得最终的锂离子电池SOC估计值。试验结果显示:非线性组合估计模型能实时准确地估计锂电池SOC,表明提出的非线性组合模型具有较优的非线性动态估计能力、较高的精确度及泛化能力。

基于Levy辨识法的IPMC等效电路迟滞建模与验证

离子聚合物-金属复合材料(ionic polymer-metal composite, IPMC)是一种新型柔性智能材料,但其致动机理尚不明确,位移跟踪困难。针对IPMC悬臂梁器件在低频交流驱动电压下具有明显的迟滞非线性、建模困难的特点,测试了IPMC悬臂梁在低频交流电压下的致动特性,分析了IPMC在0.1~10 Hz、2~5.5 V的增益与相位,并使用Levy辨识法建立了驱动电压到致动位移的三阶传递函数模型。基于已建立的传递函数模型,提出了IPMC的非线性等效电路与一阶传递函数的分段建模方法,改进了IPMC的等效电路模型无法预测致动位移的缺点。通过实验对比,结果表明,在IPMC悬臂梁器件在0.1~5 Hz、2~5.5 V的低频正弦驱动电压下,可使用等效电路加一阶传递函数代替IPMC复杂的动力学过程,整体误差低于0.3 mm,平均相对误差2.89%,满足应用条件。可以用作IPMC的低频交流用途,提高了IPMC位移跟踪精度。

基于换能器等效电路参数拟合的动态阻抗匹配

针对超声电源动态匹配技术的计算方法比较复杂的问题,提出了一种基于压电换能器参数的动态T型匹配方法及系统。该方法从超声换能器的串联等效电路参数入手,利用上位机实现数据拟合从而计算出等效电路参数后,进一步得到谐振频率与T型匹配电路元件的参数,并利用下位机与继电器对匹配电路进行调节。对此系统进行仿真验证,得到的数据准确性较好,计算速度快。

感应电动机等效电路参数获取方法及应用

基于感应电动机型号Y2-315M-4,分别采用试验法、仿真法和计算法获取感应电动机等效电路参数,研究分析三种方法的特点和适用场合。基于Simulink中现有感应电动机模型,将试验法、仿真法和计算法获取的感应电动机等效电路参数应用于模型。通过Simulink仿真计算分析可知,仿真法的等效电路参数不适用于Simulink感应电动机模型,计算法的等效电路参数使仿真结果更接近额定值。对感应电动机控制和特性的研究具有参考价值。

生物滤波器的等效电路模型

本文通过研究鸟类羽毛的耦合结构,构建并推导出:鸟类活体羽毛的“n字型”微观耦合结构与电子电路之间的耦合电路的一种新型等效电路模型。该等效电路模型是由无数个相邻羽枝(等效电感L)与羽小枝(等效电容C)组成的“n”字型结构,等效为无数个LC并联回路,构建出了由羽枝与羽小枝组成滤波器的微基本单元,使其具有生物微型滤波器功能。这些研究成果为研发低频率生物滤波器(截止频率f = 1 Hz, 100 Hz, 1 kHz)提供了理论依据,弥补了低频生物滤波器的研究领域空白。

基于等效电路模型参数计算的光伏组件隐裂故障诊断方法

基于等效电路模型参数计算,提出一种光伏组件隐裂故障诊断方法。通过分析隐裂、热斑、电势诱导衰减(PID)和老化故障的产生和演化机理,研究不同故障对光伏组件输出特性的影响作用、模型参数的变化规律及其差异性。建立包含正/反向特性的光伏组件等效电路模型,根据模型参数计算结果,确定故障诊断特征量,提出隐裂故障的诊断方法。实验结果表明:所得光伏组件等效电路模型参数计算结果能够较高精度地拟合实验获得的I-V特性曲线;所确定的故障诊断特征量能够有效表征隐裂的发生和演化过程;所提故障诊断方法能够实现可靠的隐裂故障原因判定和程度估算。

非线性磁电层合材料的对称等效电路理论及数值仿真分析

本文研究了长度方向磁化、厚度方向极化的3层磁电复合材料的非线性特性.首先,基于Z-L模型,根据磁化强度的数值解特征,拟合了磁化强度函数,进一步推导了超磁致伸缩材料的动态参数,如动态压磁系数、动态弹性柔顺系数和动态磁导率,并分析了偏置磁场和预应力对相应参数的影响;其次,基于非线性磁致伸缩本构方程,建立了磁电层合材料的对称磁-弹-电等效电路模型,并推导了磁电系数表达式,分析了其随偏置磁场和预应力的变化曲线,与已报道的结果具有很好的一致性;最后,为了与理论结果进行比较,采用COMSOL软件设置相同的参数,绘制相应的磁电系数频率曲线,二者结果符合较好,并提取了最大峰值模态振动形状,可以方便地观察到磁电层合材料长度方向的振动情况.结果表明,这种对称磁-弹-电等效电路理论模型及使用COMSOL软件数值模拟的方法是可取的,为进一步进行磁电层合材料的非线性分析奠定了基础,使设计高精度磁电微型器件成为可能.

楔形超声切割刀的等效电路模型及其工程设计分析

为优化楔形超声切割刀的工程设计理论,基于变截面弹性体的波动方程,推导了楔形超声刀的等效电路模型。利用等效电路法、有限元法分别计算了楔形超声切割刀的谐振频率和放大系数,根据计算结果设计并制造了相应的实验样品。测试了实验样品的谐振频率、位移放大系数等关键参数。结果表明:楔形超声切割刀的等效电路为非互易二端口等效网络,共振频率的理论计算结果与实验测试结果之间的相对误差小于5%,等效电路法、有限元法和实验测试所得楔形超声切割刀的共振频率和放大系数结果一致。楔形切割刀的有效机电耦合系数随着纵向尺寸的增大而减小,其位移放大系数随着纵向尺寸增大而增大。研究结果为楔形超声切割刀的工程设计提供了简明理论和设计模型。

压电谐振器等效电路参数的测量

压电谐振器是测量压电材料性能的基本元件。该文基于微波网络理论和压电谐振器的特性,提出了一种利用网络分析仪和电容测试仪测量压电谐振器等效电路参数的方法,并推导出等效电路参数与谐振频率、反谐振频率和插入损耗的关系式。制作了3种压电谐振器样品,用网络分析仪和电容测试仪测量了这3种样品的性能参数,计算出压电谐振器的等效电路参数。最后用微波仿真软件仿真的等效电路传输曲线与实测曲线吻合,从而验证了该方法的有效性。与传统方法相比,该方法具有快速、简单的优点。