采用自适应中心差分卡尔曼滤波器的锂离子电池荷电状态估计

锂离子电池因其能量密度高、使用寿命长等优点被越来越多地应用到卫星、便携式设备和电动汽车等领域.荷电状态作为电池管理系统的重要指标,它的准确监测对保障电池的使用安全、提高电池的使用效率有着重要意义.针对锂离子电池的荷电状态估计,本文提出了一种自适应中心差分卡尔曼滤波算法.首先,设计了一个线性卡尔曼滤波器实现了对测量方程系数的实时估计,从而避免了荷电状态与开路电压关系曲线的测试.其次,考虑到部分工况难以准确地获取模型参数,使用增广向量法并采用自适应中心差分卡尔曼滤波器实现了荷电状态与模型参数的自适应估计.再次,将线性卡尔曼滤波器与自适应中心差分卡尔曼滤波器耦合,实现了荷电状态、模型参数、测量方程系数的联合估计,使得本文所提算法能够更好地应用于电池内部参数未知的复杂工况.为了进一步提高算法的估计精度和对噪声的适应能力,通过迭代法对噪声协方差矩阵进行了动态调整.最后,通过几组实验验证了本文所提算法的有效性.

多模型自适应联邦卡尔曼滤波及其在鱼雷导航定位中的应用

针对复杂环境所引起的鱼雷组合导航系统模型参数变化导致传统单一固定参数滤波器精度降低的问题,设计了一种适用于复杂情况的多模型自适应联邦卡尔曼滤波器。该滤波器采用多模自适应联邦滤波算法,利用多模型滤波器参数来逼近系统的动态性能,该滤波器同时采用了在信息融合时自适应调整信息分配系数的方法。实验室导航试验结果表明,文中设计的多模自适应联邦卡尔曼滤波器可以大大提高导航定位系统的估计精度、跟踪速度以及稳定性。

基于GA-LSTM自适应卡尔曼滤波的路面不平度识别

准确、快速地识别出车辆当前行驶的路面激励信息,是实现智能底盘控制进而保证车辆平顺性的关键。针对传统路面不平度识别算法准确率低、自适应性差等问题,提出了基于遗传算法(genetic algorithm,GA)优化长短期记忆神经网络(long short-term memory networks,LSTM)自适应卡尔曼滤波的路面不平度识别算法。基于2自由度车辆悬架模型,通过灰色关联法选择LSTM神经网络的特征输入变量,并采用GA优化LSTM神经网络的模型参数以准确识别路面等级,并据此实时更新卡尔曼滤波器算法中的噪声矩阵,实现了在复杂路况下对路面不平度的自适应识别。仿真和试验研究表明,所提出的基于GA-LSTM自适应卡尔曼滤波算法能够快速准确的识别路面不平度与路面等级,与传统卡尔曼滤波算法相比,相关系数、均方根误差和最大绝对误差分别提高3.11%、37.5%和51.2%,表明所提算法对复杂工况具有很好的自适应能力。

渐消卡尔曼滤波器的最佳自适应算法及其应用

本文依据卡尔曼滤波器在使用最佳增益时,其余差序列互不相关的性质,开发了一种新的渐消滤波算法。该算法根据对象输出,在线自适应地调整遗忘因子,从而使滤波器在对象模型存在误差或对象受到外扰时,仍收敛并保持最佳性。该算法已应用于造纸机控制,取得较好效果。

基于卡尔曼滤波器的交流伺服系统自适应滑模控制

为了减小负载转矩扰动和系统参数摄动对永磁同步电机控制系统的影响,提出了一种基于卡尔曼滤波器的自适应滑模速度控制器。该控制器由自适应律估计参数摄动项,用卡尔曼滤波器估计外部扰动项。设计了含积分作用的滑模面,以保证电机转速的无静差跟踪;采用了指数趋近律,以提高趋近速度并削弱抖振。卡尔曼滤波器估计得到的系统外部扰动前馈补偿至控制器的输出,用于有效降低滑模控制器的不连续切换项造成的系统抖振。实验结果显示:跟踪设定的600r/min转速时,控制器稳态转速精度达到±1r/min。电机在以600r/min稳速运行时,设计的控制器在1.6N·m的外部转矩扰动下的最大转速波动比传统PI控制器的转速波动减小了2%。仿真分析和实验数据表明基于卡尔曼滤波器的自适应滑模控制器对交流伺服控制系统具有较强的抗扰动性、鲁棒性以及良好的稳态性能。

一种自适应联合卡尔曼滤波器及其在车载GPS/DR组合导航系统中的应用研究

—本文设计了实现车载ＧＰＳ／ＤＲ组合导航系统最优综合的联合卡尔曼滤波器，并给出了滤波算法。提出了一种自适应联合卡尔曼滤波器结构及其算法，并应用于ＧＰＳ／ＤＲ组合导航系统的最优综合校正中。理论分析及计算机仿真结果均表明，应用该自适应联合卡尔曼滤波器可大大提高车载ＧＰＳ／ＤＲ组合导航系统的定位精度及容错能力。

联邦卡尔曼滤波器在无人机导航系统中的应用

针对无人机GPS\RP\DR组合导航系统的特点,设计了用于该系统的联邦卡尔曼滤波器。该滤波器具有全局最优性,其结构遵循信息分配原则,其算法改善了数值计算的稳定性和系统的容错性,并减少了信息传输量与计算量。理论分析及仿真结果表明,该联邦卡尔曼滤波器能够满足无人机在 GPS或 RP信号无效或两信号均短期无效情况下定位导航的精度要求。

基于模糊逻辑控制的舰船组合导航自适应卡尔曼滤波器(英文)

双天线GPS提供的载体姿态信息与惯性导航系统信息进行融合可提高组合导航系统的性能。由于在实际应用中,GPS接收机可能会受到某种干扰无法提供舰船航向信息,从而降低传统卡尔曼滤波器的性能。因而提出了一种新的基于模糊逻辑控制的自适应卡尔曼滤波器。改进后的卡尔曼滤波器使用两个模糊逻辑控制器来调整两个系统的组合模式,并且根据卡尔曼滤波器的内部状态、GPS工作状态和舰船运动状态来计算卡尔曼增益。通过使用INS和GPS的实测数据验证,这种基于模糊逻辑控制的自适应卡尔曼滤波器能有效的提高INS/GPS组合导航系统的性能。

基于多重渐消因子的自适应卡尔曼滤波器

现有计算渐消因子的自适应卡尔曼滤波器得到的通常是标量渐消因子,从而导致各滤波通道具有相同的调节能力,不利于提高滤波精度。针对该问题,提出了一种利用估计均方误差和新息协方差估计值来计算多重渐消因子的方法,通过一组并行工作的基于限定记忆指数加权的新息协方差估值器来计算渐消因子,并根据估计均方误差把渐消因子分配给各滤波通道,从而提高自适应卡尔曼滤波器整体性能,仿真结果证明了所提方法的有效性。

基于多模型自适应卡尔曼滤波器的电动汽车电池荷电状态估计

基于电池的戴维宁(Thevenin)模型,设计了多模型自适应卡尔曼滤波器,并将多模型自适应卡尔曼滤波器应用于电动汽车电池荷电状态(state-of-charge,SOC)估计。由于老化电池是未知系统,利用传统的单一模型卡尔曼滤波器估计老化电池SOC时,因模型不准确而使估计误差增大。与单一模型滤波估计相比,多模型滤波估计融合了电池的各种老化信息,适合于未知系统的状态估计,从而提高了SOC的估计精度,并通过实验证明了上述结论的正确性。利用多模型自适应卡尔曼滤波器估计电池SOC,老化电池的模型与权值最大的单一模型较接近,根据单一模型权值可以近似估计出老化电池的健康状态(state of health,SOH),并通过电池容量测量,证明了SOH估计的正确性。

模糊自适应强跟踪卡尔曼滤波器研究

针对卡尔曼滤波器对系统模型依赖性强、鲁棒性差和跟踪机动目标能力有限的问题,提出了一种具备模糊自适应特点的模糊强跟踪卡尔曼滤波器(fuzzystrongtrackingKalmanfilter,FSTKF)。这种方法主要利用模糊逻辑自适应控制器监测残差均值与标准差,并根据模糊规则动态调整弱化因子,从而对强跟踪滤波器中多重次优渐消因子进行自适应调整,进一步提高滤波器的估计性能。仿真结果表明,该改进滤波器跟踪机动目标的精度高于常规卡尔曼滤波器和强跟踪卡尔曼滤波器。

一种基于预测滤波器的自适应卡尔曼滤波算法

针对系统过程噪声统计特性不确切或未知的条件下,研究了一种基于预测滤波器的自适应卡尔曼滤波算法。由预测滤波器实时估计系统模型误差及其协方差矩阵,再用其修正系统状态预测值及预测误差协方差矩阵,从而自适应调节卡尔曼增益。将该算法应用于弹载SINS/GPS紧耦合组合导航系统并与普通卡尔曼滤波、基于新息的移动开窗自适应卡尔曼滤波进行了对比,仿真结果说明该自适应滤波算法具有更高的可靠性和精度。

基于信息矩阵的自适应卡尔曼目标跟踪滤波器

为了克服线性系统中卡尔曼滤波发散这一问题,提出了一种基于信息矩阵的AKF.首先,通过对AKF滤波方程的等价推导,针对性解决了协方差矩阵的初始值问题,在信息矩阵初值P-10未知(P0一般初始化为0)时,滤波的稳定性和准确性都不受影响.另外,在基于信息矩阵的AKF基础上,为了更好适应实时场景,一种简化AKF算法(SAKF)被提出.仿真结果表明,基于信息矩阵的AKF与传统AKF(基于Sage-Husa的AKF)相比较,在P0未知时,其目标跟踪滤波效果明显优于传统AKF,该滤波算法在运动目标跟踪、航迹描绘等领域都有广泛的应用前景.

自适应广义卡尔曼滤波器在反辐射导弹中的应用

抗目标辐射源关机的能力是反辐射导弹的关键战术技术性能之一，采用增广状态的广义卡尔曼滤波（EKF）与Sage－Husa自适应滤波相结合的方法，解决了在被动雷达导引头测量存在常值偏差和随机噪声，且随机噪声方差未知情况下所测角度的滤波问题，从而在目标辐射源关机时刻较精确地建立起目标视线在惯导坐标系中的方位坐标（简称惯性基准），进而利用速度追踪法导引导弹攻击目标。给出了以某型导弹为背景的全空间弹道数学仿真结果。

基于联邦卡尔曼滤波器的信息分配因子的研究

介绍了联邦卡尔曼滤波器的基本原理和算法,对信息分配因子在联邦卡尔曼滤波器中的作用进行了研究。针对不同取值的信息分配因子对联邦卡尔曼滤波器状态估计精度的影响,通过对联邦卡尔曼滤波算法推导,从理论上证明了信息分配因子的不同取值不会改变主滤波器的状态估计精度,只能改善子滤波器的状态估计精度。运用MATLAB仿真平台进行了仿真验证。仿真结果表明,信息分配因子的改变仅对子滤波器状态估计精度的改善有一定的作用。

联邦卡尔曼滤波器在容错性组合导航系统中的应用

本文提出了基于无复位联邦卡尔曼滤波的信息融合算法,建立了惯性/卫星/天文组合导航系统的误差模型,并进行了计算机仿真。仿真结果表明,该算法具有较强的容错性。

联邦模糊自适应卡尔曼滤波在速度+姿态传递对准中的应用

在系统动态模型和噪声统计特性无法完全获得的情况下,通过调整卡尔曼滤波器的相关参数提高弹载子惯导对准性能,其效果是很有限的,采用联邦模糊自适应卡尔曼滤波方法进行速度+姿态匹配传递对准,并对算法进行了可行性分析与仿真验证。仿真结果表明,在系统动态模型和噪声的统计特性不确定的情况下,速度+姿态匹配传递对准的联邦模糊自适应卡尔曼滤波短时间内能够较好地估计出弹载子惯导的初始姿态失准角,是一种非常有效的信息融合方法。

一种基于动态残差的自适应鲁棒无迹卡尔曼滤波器定位算法

针对标准无迹卡尔曼滤波(UKF)定位算法无法满足移动机器人在不平整地面运动时高精度定位要求的问题,结合抗差估计理论,提出了一种自适应鲁棒无迹卡尔曼滤波器(ARUKF)定位算法。ARUKF根据动态残差对UKF的预测值进行抗差自适应调整,减小了外部干扰对系统预测值的影响,提高了系统的精度与鲁棒性,通过减少采样过程的运算量加快了运算,并提高了系统实时性。仿真和现场测试结果表明,相较于UKF算法和基于Sage-Husa的改进UKF算法,ARUKF算法对不平整地面产生的扰动能更快收敛,具有更加优异的精度、鲁棒性和实时性,平均距离误差小于2 mm,平均角度误差小于0.016 rad,可以满足更苛刻的建筑施工现场放线要求。

基于自适应卡尔曼滤波器的MEMS陀螺零点漂移的研究

随机噪声是影响MEMS陀螺精度的一个重要因素。本文基于时间序列分析方法建立MEMS陀螺的随机漂移AR模型后,使用自适应卡尔曼滤波器对信号进行滤波。通过比较陀螺原始信号和自适应卡尔曼滤波后的信号,可以得出结论:自适应卡尔曼滤波器在处理MEMS陀螺零点漂移中具有良好的滤波效果。

一种基于联邦卡尔曼滤波器的多源信息融合定位算法

为提高车载组合导航定位系统的容错能力和信息源扩展能力,设计了一个联邦卡尔曼滤波器,搭建了一种开放式算法架构,选取了SINS/GNSS/里程计/高程计四种典型的车载定位信息源进行融合。算法框架以SINS为主参考系统,分别与其它信息源组成了子滤波器,子滤波器的输出结果经故障诊断和系统重构后,进入主滤波器进行信息融合。进行了仿真试验和实车试验,试验结果表明:该算法在降低误差状态维数,具备容错能力的情况下,达到了集中式卡尔曼滤波器的定位精度,提高了车载定位系统的环境适应性和信息源扩展性。