基于分数阶模型多新息无迹卡尔曼滤波算法的超级电容SOC估计

对超级电容的SOC估计展开了研究。首先,搭建了超级电容测试平台,用于超级电容的参数辨识,并对超级电容进行了常规性能测试;其次,在不同的环境温度和动态工况下采用多种算法进行超级电容SOC估计。结果表明,采用分数阶模型多新息无迹卡尔曼滤波(FOMIUKF)算法对超级电容SOC的估计精度最高,对超级电容的路端电压跟随情况最好,估计结果的均方根误差和平均绝对误差的最大值分别约为1.8%和1.73%。

分数阶扩展卡尔曼滤波算法的锂电池SOC估算

由于锂离子电池的SOC(state of charge)不能直接被测得,目前只能通过电池外部输出特性对其进行估算。以磷酸铁锂电池为研究对象,考虑到电池各种复杂的非线性特征,分析了电池的电化学阻抗特性,采用恒相位元件(CPE)对传统的等效电路模型进行改进,建立了分数阶(fractional order)等效电路模型;联合遗传算法和混合脉冲动力试验对分数阶等效电路模型的参数进行离线识别;基于扩展卡尔曼滤波算法,建立了分数阶扩展卡尔曼滤波算法(fractional order extended Kalman Filter)的锂电池SOC估算模型;根据动态应力试验DST(dynamic stress test)工况设计制定了锂电池充放电方案,在环境温度25℃条件下,实时采集电池电流及电压数据,将采集所得数据输入到Matlab建立的模型中,对目标电池进行SOC估算。仿真结果表明:与二阶戴维南电路模型SOC仿真结果相比,基于FEKF算法的SOC估算结果具有更高的精度且波动性更小,误差均小于0.72%,均方根误差仅为0.24%。

基于分数阶多新息无迹卡尔曼滤波算法的锂电池SOC估计

针对锂电池荷电状态(State Of Charge,SOC)估计时常用的整数阶等效电路模型无法精准反映电池极化反应和提高在噪声干扰下全生命周期SOC的估计准确度问题,在二阶RC等效电路模型的基础上建立分数阶模型,并采用遗传(GA)算法对其进行参数辨识,从而增强参数辨识的鲁棒性。最后在传统的无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)算法的基础上引入了多新息理论,提出了一种基于分数阶多新息无迹卡尔曼滤波(Fractional Order Multi Innovation Unscented Kalman Filtering,FOMIUKF)算法来实现对锂电池SOC的实时估计,最后通过搭建仿真模型验证了基于GA分数阶锂电池等效模型的准确性和可靠性,并进行了基于分数阶无迹卡尔曼滤波(Fractional Order Unscented Kalman Filtering,FOUKF)算法、FOMIUKF算法的锂电池SOC估计对比分析,发现FOMIUKF算法估计准确度更高,其估计误差仅为1%。

基于改进分数阶卡尔曼滤波的光伏发电功率预测算法

在光伏功率预测算法中引入分数阶理论,基于分数阶差分方程分析,建立改进分数阶卡尔曼滤波模型。利用分数阶特性将历史光伏发电数据进行合理评估,提出一种基于改进分数阶卡尔曼滤波的光伏功率预测算法。结合光伏发电的现场数据验证预测方法的适用性,仿真结果表明满足工程应用的要求。

基于分数阶联合卡尔曼滤波的磷酸铁锂电池简化阻抗谱模型参数在线估计

电池特性建模及模型参数在线估计是电动汽车电池管理系统的关键技术,以磷酸铁锂电池这一非线性系统为研究对象,以包含分数阶元件的简化电池电化学阻抗谱模型为基础,建立了该模型的状态转移方程和系统观测方程,运用分数阶联合卡尔曼滤波器(FJKF)对该模型的扩散极化电压和模型参数进行了在线估计。试验结果表明,该模型能较好地表征磷酸铁锂电池的动态特性,分数阶联合卡尔曼滤波算法在参数估计过程中能够保持很好的精度,同时该方法对多种测试工况都有较好的适用性,算法估计得到的模型参数值具有较好的稳定性。

二维分数阶卡尔曼滤波及其在图像处理中的应用

该文研究了二维分数阶卡尔曼滤波及其在图像增强与滤波中的应用问题。首先基于分数微积分的定义,建立了二维线性离散系统的分数阶差分状态空间模型。然后,提出了一种可应用于图像信息处理的二维分数阶卡尔曼滤波算法,并通过实验验证了该文提出算法的有效性。仿真结果证明,该算法增强了图像中的细节特征,同时消弱了图像中的背景噪声。

基于预估-校正算法的分数阶Boost变换器倍周期分岔研究

基于电感电容本质是分数阶的事实,对分数阶Boost变换器的非线性动力学特性进行了深入研究。采用分数阶微积分的预估-校正算法,建立了Boost变换器的预估-校正模型,在此基础上得到了以参考电流、输入电压以及电容电感阶数为分岔参数的分岔图,研究了变换器的倍周期分岔和混沌行为,同时与整数阶Boost变换器的非线性动力学行为进行了比较。研究结果表明,在一定的工作条件下,随着变换器某些电路参数的变化,分数阶Boost变换器会出现分岔和混沌等非线性现象;在相同电路参数的条件下,整数阶和分数阶变换器的稳定参数域之间存在差异,与整数阶变换器相比,分数阶变换器的参数稳定区域更小,更真实地反映了Boost变换器的非线性动力学特性。

基于改进粒子群优化算法的分数阶PID控制器

针对控制系统控制性能不稳定的问题,实践中可在控制系统里设定一种分数阶PID控制器。相比于整数阶PID控制器,分数阶PID控制器增加了λ和μ两个控制参数,这样可以让控制器在控制过程中拥有更好的性能,但同时也使得参数整定使用更加困难。为了更容易地求出控制器的参数,需要使用改良过的粒子群(PSO)优化方法来进行整定,将时间误差绝对值(ITAE)准则应用到控制器的控制过程当中,可以快捷地得出分数阶PID控制器的优化参数。通过对常规PID控制器与分数阶PID控制器的仿真结果进行对比,经过优化后的粒子群算法得到的参数在运用到控制系统中时会得到的更好的效果,说明了优化后的分数阶PID控制器的控制效果要优于整数阶PID控制器的控制效果。

基于IECSDE算法的PEMFC改进分数阶子空间辨识模型

为准确描述质子交换膜燃料电池(PEMFC)在其发电过程中的特性及变量影响关系,提出一种基于信息交流布谷鸟搜索差分进化(IECSDE)算法的改进分数阶子空间辨识方法来建立PEMFC分数阶模型。首先基于状态空间方程建立PEMFC模型,为了描述PEMFC的分数阶特性,将分数阶微分理论融入到模型中,引入Poisson滤波函数预处理实验数据,解决数据多阶不可导的问题,同时引入变步长记忆法处理分数阶微分时的权系数,提高子空间辨识精度。其次在辨识过程中的参数对于建模效果具有重大影响,因此基于IECSDE算法并对其进行优化,对布谷鸟搜索(CS)算法中的控制参数进行自适应处理,受到粒子群优化(PSO)算法的启发,改进随机游走方式提高收敛精度和速度,并引入差分进化(DE)算法与改进CS算法分别对种群进行优化,同时在寻优过程中进行信息交流提高种群的多样性和算法的鲁棒性。仿真结果表明,IECSDE算法的寻优能力在8种测试函数下比其他5种优化算法至少提升了10倍;通过对PEMFC测控平台收集到的实验数据进行模型辨识,所建立的模型将误差缩小到基于短记忆法的分数阶子空间辨识方法误差的20%,输出功率误差控制在0~0.1之间,输出电压误差控制在0~0.2之间,能够精准地模拟PEMFC发电过程。

基于分数阶多新息卡尔曼滤波法的SOC估计

针对电动汽车锂离子电池整数阶模型不能精确反映电池极化反应的问题,提出了一种基于自适应遗传算法(AGA)的分数阶模型,并采用分数阶多新息卡尔曼滤波(FOMIEKF)算法对电池荷电状态(SOC)估计。在二阶RC等效电路模型的基础上建立分数阶模型并用AGA辨识模型参数,然后用FOMIEKF算法进行SOC估计,最后与卡尔曼滤波(EKF)、分数阶扩展卡尔曼滤波(FOEKF)算法进行比较。结果表明,在混合动力脉冲测试下,模型端电压最大误差低于1%,SOC平均误差与最大误差比传统方法分别下降了0.79%、0.95%。因此,基于AGA分数阶模型的FOMIEKF方法可以有效估计SOC。

改进灰狼优化算法分数阶PID控制器参数整定

针对分数阶PID(proportion integration differentiation)控制器参数整定难的问题,本文提出改进的灰狼优化算法(improved grey wolf optimizer,IGWO)对分数阶PID控制器进行参数整定的方法。IGWO算法采用logistic映射来初始化种群位置,提高种群的多样性,采用非线性收敛因子,增强全局搜索能力和局部开发能力,采用动态权重策略,根据适应度值调整α、β、δ狼的权重。为验证IGWO算法的有效性选取4个基准测试函数进行寻优和对2个经典被控系统进行控制器设计,并与传统灰狼算法、粒子群算法、遗传算法和粒子群结合灰狼算法进行对比分析,结果显示,在寻优测试中IGWO算法在收敛速度和解的精度上更有优势,采用IGWO算法设计得到的控制器的控制性能更好。

卡尔曼滤波的集结法降阶设计与应用

卡尔曼滤波器的计算负担与其阶数的三次方成比例。在组合导航系统中,导弹等大型系统的高阶数将给导航计算机带来沉重的负担。与采用状态解耦和删除部分状态变量以减少卡尔曼滤波计算量的方法相比,采用集结法进行卡尔曼滤波降阶设计具有应用条件相对简单、可以进行精度损失的评估与补偿的优点。文中采用集结法进行了弹道导弹INS/GNSS/CNS组合导航系统卡尔曼滤波的降阶设计,得到被称为"满意的集结"的简化模型,并完成了仿真运算。

分数阶卡尔曼滤波在混沌保密通信中的应用

20世纪60年代以来分数阶微积分开始受到人们的广泛关注,并被成功应用于物理、化学、生物学等学科领域。基于G-L分数阶微积分,给出了扩展分数阶卡尔曼滤波(EFKF)的定义,并将其应用到分数阶保密通信系统中,同时为了加密并准确解密传输的信息,引入了分数阶混沌Chen系统。仿真结果表明,EFKF取得了非常好的滤波效果;有用信号通过基于分数阶Chen系统的保密通信系统,可以有效地在接收端恢复出来。

分数阶离散卡尔曼滤波

分数阶微积分在控制系统的应用日益广泛,随着分数阶动态模型的引入,需要求解分数阶估计问题的方法。文章从分数阶线性动态系统模型出发,以概率论为基础,导出分数阶的卡尔曼滤波器,得到其递推模型。

基于卡尔曼滤波的区间式铝电解槽似在电阻采集算法

针对目前铝电解行业对于槽似在电阻的采集不够准确并且延时较高的问题,本文提出一种基于卡尔曼滤波的区间式槽似在电阻采集算法。该算法以卡尔曼滤波为基础,用预测值与采样值的均方差表征它们的高斯白噪声功率,使其能够在电阻平稳的状态下有着较强的跟踪性能;再结合一阶惯性滤波的强滤波特性和卡尔曼滤波的强跟踪优势,设置适用的滤波区间,确保组合算法在槽似在电阻波动较大的情况下能够滤除掉噪声的影响,并在电解槽稳定后能对槽似在电阻进行快速收敛跟踪。结果表明:与一阶惯性滤波相比,改进后的卡尔曼滤波在电阻平稳的状态下其均方根误差减少50%,在电解槽反生针振和摆动情况之后的收敛时间减少90%。

基于分数阶PID的火电厂烟气脱硝控制系统

针对选择性催化还原(SCR)烟气脱硝控制对象具有大迟延、大惯性的动态特性,采用常规的PID控制器经常不能实现及时和准确的喷氨控制。设计了基于分数阶PIλDμ控制器的火电厂烟气脱硝控制系统,并对人群搜索算法(SOA)的种群进行动态排序和随机变异而提出改进人群搜索算法,采用改进SOA算法对分数阶PIλDμ控制器的参数进行优化。仿真表明,分数阶PIλDμ烟气脱硝串级系统可以在保证控制精确度的前提下有效减少喷氨控制的调节时间,提高控制的稳定性,实现更加稳定和及时的喷氨控制。

最大相关熵准则自适应滤波器的分数阶长算法

对自适应滤波器最佳阶长的准确估计可以有效平衡自适应算法的稳态性能与计算复杂度,而基于最小均方差(MMSE)准则的变阶长最小均方(LMS)算法在非高斯噪声环境下的收敛性能变差。针对这一问题,提出一种最大相关熵准则(MCC)自适应滤波器的分数阶长(FT)算法——FT-MCC算法。该算法从MCC自适应滤波器最佳阶长的定义出发,利用不同阶长滤波器产生的相关熵之差实现阶长更新。理论分析和实验表明:相比现有变阶长最小均方算法,FT-MCC算法在非高斯噪声环境中具有较强的鲁棒性;通过恰当的参数选择,算法可较好地实现对最佳阶长的跟踪和估计。

基于Oustaloup算法的分数高阶有源滤波器研究

在比较分析了连分数展开法和Oustaloup算法特点的基础上,提出了一种基于Oustaloup算法并利用电可调跨导运算放大器(EOTA)来实现的分数高阶有源滤波器设计方法.分数阶是用整数阶传递函数逼近分数阶拉普拉斯算子Sα的方法实现,0<α<1.将Oustaloup逼近算法用EOTA实现从而解决了连分数展开法的不稳定问题.仿真实现了α为2.2、2.5、2.8阶时的低通滤波器频率响应,通带内未出现尖峰,阻带内衰减误差小于2%,结果证实了理论分析的正确性,这为设计实现高精度有源滤波器提供了理论依据.

分数阶移相全桥变换器的建模与优化控制

基于电路中的分抗元件具有非整数阶特性,利用分数阶微积分理论和状态空间平均法,对分数阶移相全桥变换器进行建模与优化控制分析。建立了移相全桥变换器的分数阶状态平均方程,研究电感和电容的分数阶特性对移相全桥变换器频域特性的影响。结合遗传算法的优点,得到满足误差绝对值积分的最优分数阶比例积分(PIλ)控制器参数与最优整数阶比例积分(PI)控制器参数,并搭建了分数阶移相全桥变换器的电路仿真模型与不同控制器的仿真模型,进行了不同控制器、不同工况和负载变化下电路仿真结果的比较。结果表明:相较于整数阶PI控制器,分数阶PIλ控制器能够提供更优的控制性能,使分数阶移相全桥变换器具有更快的响应速度、更好的稳态性能和更强的鲁棒性。

基于分数阶三参数模型的HTPB推进剂粘弹性力学响应分析

为拓展分数阶粘弹性模型在端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂中的应用,研究分数阶粘弹性模型预示推进剂频域下的动态模量变化。推导了三维下的分数阶三参数模型,并结合Grünwald-Letnikov定义编写UMAT子程序。为标定本构参数,推导了带有预加载的蠕变、松弛响应的解析解,并采用遗传算法分别标定了0.4 MPa和0.6 MPa应力下蠕变实验以及10%和30%应变下松弛实验的本构参数。计算得到的有限元数值与解析解、解析解与实验值的时程相对误差均小于5%。采用分数阶三参数模型动态模量对-5、25、60℃下的动态力学实验(DMA)结果进行拟合得到本构参数,动态模量与实验结果误差小于2%,同时随着温度升高,本构参数均减小,体现出HTPB推进剂升温软化现象。结果表明,分数阶三参数模型能精确地描述不同温度下多种频率的HTPB推进剂模量变化,结合二次开发本构,可为后续HTPB推进剂复杂边界下的力学响应的研究提供材料本构模型。