基于无迹卡尔曼滤波的电池SOC估算与仿真

基于一阶Thevenin模型的扩展卡尔曼滤波在实际工程应用中,因为要对系数求其雅各比矩阵,略去了高阶项所表示的部分电池特征,在电池电流变化剧烈情况下极易失真,不能真实地反映电池状态.论文提出了基于二阶Thevenin模型的无迹卡尔曼滤波算法,二阶模型本身就能更加真实地反映电池状态,同时该算法不是对数据进行切割处理,而是...     

车用锂离子电池SOC估算研究

电池荷电状态(SOC)作为电池管理系统(BMS)后续控制、管理、诊断中的基本参数之一,其实时精确的估算对于BMS的可靠性与准确性有着重要的影响.在SOC估算算法中,卡尔曼滤波算法凭借着估算精度高、实用性好等优点被广泛应用.卡尔曼滤波算法估算SOC主要包括3个步骤.首先介绍了电池模型,对于常用的电等效电路模型进行了详细的...     

基于无迹卡尔曼滤波单液流锌镍电池SOC估计

针对单液流锌镍电池荷电状态估计(SOC)还未较有为完善的解决方案,提出一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)算法的单液流锌镍电池SOC估计.对单液流锌镍电池工作原理进行介绍,建立单液流锌镍电池二阶等效电路模型,并对电池内部参数进行辨识,通过利用扩展卡尔曼滤波算法(EKF)和无轨迹卡尔曼滤波算法(UKF)分别对单液流锌镍电池的SOC估计,经过仿真分析两种算法的误差,进一步说明无迹卡尔曼滤波算法有较高的精确度,估计误差在2％以内,能够满足单液流锌镍电池荷电状态估计要求.     

基于双卡尔曼滤波的电池SOC估算

为有效解决储能电池中剩余电量的管理问题,提出基于双卡尔曼滤波的电池荷电状态(state of charge,SOC)估算研究方法.分析二阶戴维南电池等效模型,获得其状态空间方程和输出方程,利用泰勒公式对其进行线性化处理,对比分析锂离子电池的离线参数辨识和在线参数辨识结果,结合协同滤波算法进一步提升卡尔曼滤波算法的辨识精度.在M at-lab环境下编写基于双卡尔曼滤波算法的SOC估算以及验证程序,在算法初值准确和有误差两种情况下进行验证,并与其它算法进行比较,验证了双卡尔曼滤波算法精度高,收敛性好.     

基于AEKF的锂离子电池SOC估算

针对拓展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filter, EKF）算法进行锂离子电池荷电状态（State of Charge, SOC）估算时噪声信息固定从而导致估算精度低的问题,提出噪声信息协方差能够自动匹配的自适应拓展卡尔曼滤波（Adaptive Extended Kalman Filter, AEKF）算法。首先基于电池的双极化（Dual Polarization, DP）等效电路模型进行参数辨识,建立精确的等效模型;然后在动态应力测试（Dynamic Stress Test, DST）工况下对比了EKF滤波算法与AEKF滤波算法噪声协方差矩阵变化情况以及对电池SOC的估算效果,结果表明AEKF滤波算法具有更高的估算精度;最后设置了几组不同的SOC初始偏差,验证了AEKF滤波算法在估算电池SOC时具有鲁棒性强的优点。     

基于Thevenin模型和UKF的锂电池SOC估算方法研究

为解决在多种工况下锂电池实时估算困难、估算精度不高等问题,以三元锂电池为研究对象,建立Thevenin模型,对电池的工作特性进行表征。综合多种工况对锂电池工作特性进行研究分析,避免了依据电池内部复杂结构建立等效模型的困难。考虑到估算初期荷电状态(SOC)准确性对于后期估算的重要性,首先用开路电压法标定初值,然后运用无迹卡尔曼滤波(UKF)算法进行估算跟踪。UKF算法基于无迹变换,没有忽略高阶项,对于非线性分布具有较高的计算精度。在Matlab/Simulink中搭建仿真模型并结合多种工况数据进行分析。试验结果表明,Thevenin模型能够较好地对锂电池SOC进行估算,收敛速度快、跟踪效果好且能将估算误差控制在0.8%以内,验证了UKF在对锂电池进行SOC估算时具有较高的精度。     

双层无迹卡尔曼滤波

针对无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman fllter,UKF）在强非线性系统中估计效果差的问题,提出了双层无迹卡尔曼滤波（Double layer unscented Kalman filter,DLUKF）算法,该算法用带权值的采样点表征先验分布,而后用内层UKF算法对每个采样点进行更新,最后引入外层UKF算法的更新机制得到估计值和估计协方差.仿真结果表明,相比于传统算法,所提的DLUKF算法可以在较低计算负载下获得较高滤波估计精度.     

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%。     

动力锂电池SOC估计仿真研究

针对传统的无迹卡尔曼滤波算法(UKF)估计动力锂电池荷电状态(SOC)时,由于滤波迭代过程中系统噪声不确定,可能导致估计结果精度欠佳的问题,提出一种改进的自适应无迹卡尔曼滤波算法(AUKF)动态地估计锂离子电池的SOC.算法以UKF算法为基础,引入改进的Sage-Husa自适应滤波算法,利用观测数据进行滤波递推的同时,...     

基于MSUKF的锂离子电池SOC估算研究

快速、准确地估算锂离子电池的荷电状态(SOC)是电池管理系统的关键技术之一,有利于延长电池使用寿命并提高使用的安全性。以三元锂电池为研究对象,采用二阶阻容(RC)等效电路模型构建锂离子电池模型,通过递推最小二乘法(RLS)对等效模型参数进行在线辨识,并结合多新息无迹卡尔曼滤波(MSUKF),形成RLS-MSUKF算法,以实现锂离子电池SOC估算。采用多时刻的新息信息对估算值进行校正,以减少误差积累、增强算法的收敛性及提高锂离子电池SOC估算的精度,并在混合脉冲功率特性(HPPC)测试工况下对锂离子电池进行SOC估算。试验结果表明,HPPC工况下的SOC误差稳定控制在0.78%以内,验证了改进算法的良好性能。该算法为优化锂离子电池SOC估算提供了依据,对锂离子电池SOC估算研究具有启发意义。     

一种利用UKF的高速公路实时交通状态估计方法

把无轨迹卡尔曼滤波器（UKF）和宏观随机交通流模型结合在一起,可以实现对高速公路交通状态的实时估计。高速公路被看作是由等距离的路段首尾相接而成的系统,每个路段中交通变量的更新不光与其自身有关,还受到相邻路段的影响。交通传感器通常设置在路段的交界处,而且数量远少于所需估计的交通状态。采用压缩状态空间的形式,将模型参数也作为交通状态而非常量进行估计。仿真结果表明UKF方法能够有效地估计和跟踪交通状态的变化,并且与扩展卡尔曼滤波方法相比具有更高的精确度。     

基于安时积分和粒子滤波修正的锂电池SOC估计

针对安时积分（ AH）法的累积误差问题和卡尔曼滤波算法对系统噪声的限制,提出了粒子滤波（ PF）修正安时积分误差的方案,并基于钴酸锂电池测试数据和电池等效电路模型,对算法进行仿真验证。通过与传统的AH和卡尔曼滤波法对比得出：基于AH和PF修正的方法荷电状态（ SOC）估计效果较好,平均误差与标准误差均控制在2%以内。     

基于高斯分布的多层无迹卡尔曼滤波算法

在传统无迹卡尔曼滤波(UKF) 中对其估计精度和计算效率起关键作用的是采样算法, 即构造具有权重的样本点. 研究表明, 带权样本点匹配随机变量的阶矩越高滤波的精度越高, 如多项式无迹卡尔曼滤波(PUKF), 但通常此类算法的复杂度过高甚至难以求解. 为此, 基于高斯分布结合高阶矩匹配与无迹卡尔曼滤波线性扩张方 法(LUKF), 提出一种兼顾效率和精度的高斯滤波离线算法. 实验结果表明, 所提出算法拥有比UKF 更高的估计精度和比PUKF 更好的计算效率.

     

用四元数状态切换无迹卡尔曼滤波器估计的飞行器姿态

在较大初始姿态误差角下, 针对捷联惯导/CCD星敏感器(strap-intertial navigation system/CCD star sensor, SINS/CCD)姿态估计系统扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter, EKF)算法精度下降的问题, 提出了基于四元数的状态切换无迹卡尔曼滤波算法. 通过状态实时切换降低了全维无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter, UKF)的维数, 减小了计算复杂度, 提高了系统的实时性. 文中采用基于特征向量求解的代价函数法计算四元数均值避免了UKF算法中四元数规范化的限制; 利用乘性误差四元数表示姿态更新点与估计点之间的距离, 解决了四元数协方差阵奇异性问题. 仿真实验结果表明: 与EKF相比, 该算法在精度上有较大提高; 与全维UKF算法和修正罗德里格斯参数UKF算法相比, 该算法精度相当但估计时间均有不同程度的减少.     

互补滤波和卡尔曼滤波的融合姿态解算方法

针对捷联惯性测量单元(IMU)噪声大、精度低的缺点和常规的姿态解算算法精度不高等问题,提出了一种互补滤波和卡尔曼滤波相结合的融合算法.该算法基于姿态角微分方程建立系统的状态方程模型,利用互补滤波后的姿态角作为系统的观测量,再应用扩展卡尔曼滤波(EKF)算法融合了陀螺仪、加速度计和电子罗盘的测量数据.为验证该算法有效性,用带有传感器的开发板依次进行静态和动态测试,实验结果表明:结合了互补滤波和卡尔曼滤波的融合算法,在静态时能够抑制姿态角漂移和滤出噪声,在动态时能够快速跟踪姿态的变化,提高了姿态角的解算精度.     

一种基于卡尔曼滤波的超宽带室内定位算法

为了减小室内环境中障碍物对超宽带(UWB)传感器测距结果的影响,提出了一种基于卡尔曼滤波(KF)的超宽带室内定位算法.利用超宽带接收信号的信噪比区分视距和非视距环境,给出了超宽带传感器测距性能最小二乘标定模型,减小测距系统误差;判断相邻测距差分是否在阈值范围内,否则用卡尔曼滤波先验估计替代后验估计处理测距结果,由此减弱多径效应和非视距误差对测距的影响;用扩展卡尔曼滤波器(EKF)实现室内定位.实验结果表明:算法在复杂室内环境中可达到亚米级的动态实时定位精度.     

加权观测融合非线性无迹卡尔曼滤波算法

针对非线性系统的无迹卡尔曼滤波器(UKF),应用加权最小二乘(WLS)法,提出了加权观测融合UKF滤波算法.证明了加权观测融合UKF滤波算法与集中式观测融合UKF滤波算法在数值上的完全等价性,因而具有全局最优性.一个带两传感器非线性系统的仿真例子说明了两种融合算法的有效性及等价性.     

遮挡情况下刚体位姿估计的自适应无迹卡尔曼分布式融合

针对视觉目标位姿估计系统中常出现的因为特征点遮挡而造成系统估计结果不准确的问题,本文提出了一种利用自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)作为局部滤波器的分布式融合估计方法.通过引入改进的Sage-Husa噪声估计器自适应过程噪声.根据特征点识别量将遮挡情况分为部分遮挡和严重遮挡,对部分遮挡子系统根据先验信息修复缺失观测点后进行局部滤波估计,严重遮挡子系统不参与融合,利用当前时刻整体估计结果对其进行初始化.通过仿真获取了区分遮挡情况的阈值,实验结果表明所提方法能够提升系统在遮挡情况下的估计精度与鲁棒性.