超级电容器参数辨识

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这个例子说明如何确定超级电容器的参数。而不是从实际超级电容器收集电压和电流波形中，例如，通过使用已经公知的参数值运行的超级电容器的模拟产生电压和电流波形。则示例施加参数识别方法[1]〜波形。

为了评估方法的准确性，示例所识别的参数与已知的参数值进行比较。这个例子也说明了如何进一步细化使用的Simulink设计优化™提供的参数估计工具的参数值。万博1manbetx

为了确定实际超级电容器的参数经验，您可以：

  1. 收集电压和从超级电容器的电流的波形。

  2. 识别使用所述波形数据和在[1]中描述的方法的参数值。

要确定一个模拟超级电容器，这个例子中的参数：

  1. 通过模拟一个模型，它配置使用已知值超级电容器参数产生电压和电流波形。

  2. 使用所生成的波形数据和在[1]中描述的方法识别超级电容器的参数值。

  3. 配置和模拟使用所识别的超级电容器的参数值的超级电容器。

要查看比较方法适用于一个真正的超级电容器，如何评估鉴定方法的准确性：

  • 使用识别的参数值来生成使用公知的参数值生成的数据和所述数据。

  • 已知的参数值和识别的参数值。

如果精度不够，你可以使用从Simulink设计优化参数估计的工具来改善它。万博1manbetx使用标识的参数值进行优化的初始值。

生成数据

通过配置和模拟使用已知值的固定电阻，固定的电容，并且超级电容器的电压有关的电容器增益参数的模型产生电压和电流波形。模型的输入电流，配置物理特性和使用实际值超级电容器的自放电性能。

在三个不同阶段观察超级电容器的行为：

  1. 负责与恒流

  2. 从直接的电荷再分配到延迟转移

  3. 从直接和延迟转移到长期分支电荷再分配

％打开模型MODELNAME ='ee_supercapacitor_identification';open_system（MODELNAME）;set_param（find_system（'ee_supercapacitor_identification'，'找到所有'，'上'，'类型'，'注解'，'标签'，'ModelFeatures'）“解释”，“关”）％配置使用已知参数值的超级电容器。％％超级电容器块电池特性参数KV = 190;％电压有关的电容器增益R = [2.5E-3 0.9 5.2]。％的固定电阻，[R1 R2 R3]C = [270 100 220]。％的固定电容，[C1 C2 C3]％Store中已知的参数值的最终比较副本％的参数值使用在[1]中描述的方法鉴别。Kv_known =的Kv;R_known = R;C_known = C;％通过配置步骤块指定输入电流。％％步骤块参数stepTime = [40 1900 1917];％步骤时间初值= [28 0 0];％ 初始值最终值= [0 -25 25];％终值％指定超级电容器的物理特性。％％超级电容器块电池特性和配置参数R_discharge = 9E3;％自放电电阻N_series = 1;串联电池的数量％N_parallel = 1;平行的细胞数量％％指定仿真持续时间停止时间= 2100;％模拟和存储的电压和电流的波形数据SIM（MODELNAME）;T = simlog_ee_supercapacitor_identification.Sensing_current.It.i.series.time;I = simlog_ee_supercapacitor_identification.Sensing_current.It.i.series.values;V = simlog_ee_supercapacitor_identification.Sensing_voltage.V.V.series.values;
警告：含框图文件“ee_supercapacitor_identification”由相同名称的MATLAB路径上更高的文件阴影。这可能会导致意外的行为。欲了解更多信息，请参阅“避免问题发生的与阴影文件” Simulink的文档中。含框图的文件是：/mathworks/devel/bat/Bdoc20a/build/matlab/toolbox/physmod/elec/eedemos/ee_supercapacitor_identification.slx。在MATLAB路径上的文件越高：/mathworks/devel/bat/Bdoc20a/build/matlab/toolbox/physmod/elec/eedemos/html/ee_supercapacitor_identification.m

执行参数辨识

从仿真使用的波形数据，在应用[1]中描述的方法。

立即分公司参数辨识

在辨识过程中的第一阶段，一个完全放电的超级电容器被充电以恒定电流。该方法假定立即分店全部初始充电，因为分支的时间常数相对较小。

立即分支参数由以充电特性的测量计算。一旦充电电流达到稳定状态，在$ T_1 = 20E ^ { - 3} \ RM {S} $，测量$ $ V_1和使用

$ R_I = \压裂{V_1} {I_1} $

哪里：

  • $ T_1 $是时间参数识别事件$ N = 1 $，$ \ RM {S} $

  • $ $ V_1是端电压在$ T_1 $，$ \ RM {V} $

  • $ $ I_1充电电流$ T_1 $，$ \ RM {A} $

  • $ R_I $是直接分支的固定电阻，$ \ RM {\欧米茄} $

一旦电压从增加$ $ V_1约$ 50E ^ { - 3} \ RM {V} $，测量$ T_2 $和$ V_2 $和使用

$ C_ {I0} = I_1 \压裂{T_2-T_1} {V_2-V_1} $

哪里：

  • $ T_2 $是时间参数识别事件$ n = 2的$，$ \ RM {S} $

  • $ V_2 $是端电压在$ T_2 $，$ \ RM {V} $

  • $ {C_ I0} $是直接分支的固定电容，$ \ RM {F} $

一旦电压达到额定电压，测量$ V_3 $和$ T_3 $，并关闭充电电流。后$ 20E ^ { - 3} \ RM {S} $一旦充电电流已达到稳态值$ 0 \ RM {A} $测量$ $ T_4和$ V_4 $和使用

$ T_4 = t_3处+ 20E ^ { - 3} $

$ C_ {I1} = \压裂{2} {V_4}（\压裂{I_1（T_4-T_1）} {V_4} -C_ {I0}）$

哪里：

  • $ T_3 $是时间参数识别事件$ n = 3的$，$ \ RM {S} $

  • $ V_3 $是端电压在$ T_3 $，$ \ RM {V} $

  • $ $ T_4是时间参数识别事件$ n = 4的$，$ \ RM {S} $

  • $ V_4 $是端电压在$ $ T_4，$ \ RM {V} $

  • $ {C_ I1} $是依赖于电压的电容系数，$ \ RM {F / V} $

％事件n = 1的T1 = 20E-3;I1 = interp1（T，I，T1）;V1 = interp1（T，V，T1）;RI = V1 / I1;％提取充电数据interp1可以用它来寻找时间的值，而％，比电压值[第3版，v_max_idx] = MAX（V）;[v_charge，v_charge_idx] =唯一的（V（1：v_max_idx））;t_charge = T（v_charge_idx）;％事件n = 2的DELTA_V = 50E-3;V2 = V1 + DELTA_V;T2 = interp1（v_charge，t_charge，V2）;I2 = interp1（T，I，T2）;CI0 = I2 *（T2-T1）/ DELTA_V;％事件n = 3的T3 = T（v_max_idx）;％事件n = 4的delta_t = 20E-3;T4 = T3 + delta_t;V4 = interp1（T，V，T4）;QTOTAL = I1 *（T4-T1）;CQ =变成Qtotal / V4;CI1 =（2 / V4）*（CQ至C 10）;

延迟分支参数辨识

在辨识过程中的第二阶段，将电荷从所述直接分支到延迟转移重新分配。

延迟分支参数，通过采取保持充电特性的测量计算。

一旦电压从下降$ V_4 $约$ 50E ^ { - 3} \ RM {V} $，测量$ t_5 $和$ v_5 $和使用

$ \增量V = V_4-v_5 $

$ V_ {C1} = v_4- \压裂{\德尔塔V} {2} $

$ C_ {DIFF} = C_ {I0} + {C_ I1} V_ {C1} $

$ R_D = \压裂{（v_4- \压裂{\德尔塔V} {2}）（t_5-T_4）} {C_ {的diff} \德尔塔V} $

哪里：

  • $ t_5 $是时间参数识别事件$ N = 5 $，$ \ RM {S} $

  • $ v_5 $是端电压在$ t_5 $，$ \ RM {V} $

  • $ {V_词} $是所述总电容立即要计算电压，$ \ RM {V} $

  • $ {C_差异} $是总电容立即在$ {V_词} $，$ \ RM {F} $

  • $ R_D $是延迟转移抗性，$ \ RM {\欧米茄} $

等待300秒，措施$ t_6 $和$ V_6 $和使用

$ Q_ {总} = I_1（T_4-T_1）$

$ C_D = \压裂{Q_ {总}} {V_6} - （{C_ I0} + \压裂{C_ {I1}} {2} V_6）$

哪里：

  • $ t_6 $是时间参数识别事件$ N = 6 $，$ \ RM {S} $

  • $ V_6 $是端电压在$ t_6 $，$ \ RM {V} $

  • $ {Q_总} $是提供给超级电容器总电荷，$ \ RM {C} $

  • $ C_D $是延迟转移电容，$ \ RM {F} $

％事件N = 5V5 = V4-DELTA_V;discharge_idx =查找（I <-20,1，'第一'）;t_discharge = T（v_max_idx：discharge_idx）;v_discharge = V（v_max_idx：discharge_idx）;T5 = interp1（v_discharge，t_discharge，V5）;delta_t = T5-T4;VCI = V4-（DELTA_V / 2）;电容Cdiff = CI0 +α1 * Vci的;使用Rd =（V4-（DELTA_V / 2））* delta_t /（电容Cdiff * DELTA_V）;％事件N = 6TypicallyRdTimesCd = 100;T6 = T5 + 3 * TypicallyRdTimesCd;V6 = interp1（T，V，T6）;CD =（变成Qtotal / V6） - （CI0 +（（α1/2）* V6））;

长期分公司参数辨识

在鉴定的第三个也是最后一个阶段，从眼前和延迟分支到长期分支负责重新分布。

长期分支参数通过采取保持充电特性的测量计算。

一旦电压从下降$ V_6 $约$ 50E ^ { - 3} \ RM {V} $，测量$ t_7 $和$ v_7 $和使用

$ \增量V = V_6-v_7 $

$ R_L = \压裂{（v_6- \压裂{\德尔塔V} {2}）（T7-t_6）} {C_ {的diff} \德尔塔V} $

哪里：

  • $ t_7 $是时间参数识别事件$ N = 7 $，$ \ RM {S} $

  • $ v_7 $是端电压在$ t_7 $，$ \ RM {V} $

  • $ R_L $是长期的支路电阻，$ \ RM {\欧米茄} $

从充电开始30分钟后/放电过程中，测量$ t_8 $和$ v_8 $和使用

$ C_L = \压裂{Q_ {总}} {v_8} - （{C_ I0} + \压裂{C_ {I1}} {2} v_8）-C_d $

哪里：

  • $ t_8 $是时间参数识别事件$ N = 8 $，$ \ RM {S} $

  • $ v_8 $是端电压在$ t_8 $，$ \ RM {V} $

  • $ $ C_L是长期分支电容，$ \ RM {F} $

％事件N = 7V7 = V6-DELTA_V;T7 = interp1（v_discharge，t_discharge，V7）;delta_t = T7-T6;VCI = V6-（DELTA_V / 2）;电容Cdiff = CI0 +α1 * Vci的;RL =（V6-（DELTA_V / 2））* delta_t /（电容Cdiff * DELTA_V）;％RI值大％事件N = 8T8 = 30 * 60;V8 = interp1（T，V，T8）;CL =（变成Qtotal / V8） - （CI0 +（V8 *α1/2）） - 镉;％CL值为太大

整理时间和电压数据

整理用于在MATLAB®表中的每个参数的识别事件的时间和电压数据：

数据表=表（（1：8）”，...[T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8]”，...[V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8]”，...'VariableNames'{'事件'，'时间'，'电压'}）％＃确定
数据表= 8×3表事件时间电压_____ _______ ________ 1 0.02 0.071799 2 0.51803 0.1218 3 40 2.2717 4 40.02 2.2019 5 56.675 2.1519 6 356.67 1.8473 7 499.28 1.7973 8 1800 1.5865

评价标识的参数的精度

配置和模拟使用识别出超级电容器参数模型。然后，为了评价所识别的参数值的准确度，比较波形输出到通过模拟使用已知的参数而生成的数据。

％创建使用鉴定值超级电容器块参数和％创建，以供参考副本。KV =α1;R = [RI路器R1];C = [C 10 -C镉CL];Kv_identified =的Kv;R_identified = R;C_identified = C;％仿真模型和存储电压和电流波形。SIM（MODELNAME）;T_ = simlog_ee_supercapacitor_identification.Sensing_current.It.i.series.time;V_ = simlog_ee_supercapacitor_identification.Sensing_voltage.V.V.series.values;％PLOT从与所述已知参数模拟所产生的数据％相同的轴线从与识别的模拟所产生的数据％参数。数字;图（T，V，DataTable.Time，DataTable.Voltage，'O'，电视_）;格（'上'）;传说（“已知参数模拟”，...“测量为参数识别”，...“识别的参数仿真”）;
警告：含框图文件“ee_supercapacitor_identification”由相同名称的MATLAB路径上更高的文件阴影。这可能会导致意外的行为。欲了解更多信息，请参阅“避免问题发生的与阴影文件” Simulink的文档中。含框图的文件是：/mathworks/devel/bat/Bdoc20a/build/matlab/toolbox/physmod/elec/eedemos/ee_supercapacitor_identification.slx。在MATLAB路径上的文件越高：/mathworks/devel/bat/Bdoc20a/build/matlab/toolbox/physmod/elec/eedemos/html/ee_supercapacitor_identification.m

优化

先决条件：

  1. 万博1manbetxSimulink设计优化许可证

如果记录不相似足以满足要求，那么所标识的参数值可以作为从Simulink设计优化的参数估计工具初始参数值。万博1manbetx

  • spetool（ 'ee_supercapacitor_spesession'）;

优化结果

显示屏使用创建的参数轨迹误差平方和成本函数和非线性最小二乘优化方法。

openfig（'ee_supercapacitor_speresults'）;

参考

[1]苏维塔，L。和R. Bonert。“双层电容器的电力电子应用的特性。”IEEE交易于行业应用，卷。36，第1号，2000，第199-205。

的Simscape电气文档
万博1manbetx
10种使用Simulink加快电力转换控制系统设计万博1manbetx

10种使用Simulink加快电力转换控制系统设计万博1manbetx

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