用C语言通过无迹卡尔曼滤波算法编写一套电池SOC计算函数,其中电池的容量使用Peukert常数n=1.357来计算并加上UKF算法的实现部分,算法最终输出电池的内阻和当前的SOC值

时间: 2023-07-16 13:16:06 浏览: 105
好的,首先我们需要了解一下无迹卡尔曼滤波算法和Peukert常数的基本概念。 无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)是一种基于卡尔曼滤波的状态估计算法,它通过非线性变换将高斯分布传递到非线性函数,并通过最小化状态与观测之间的残差来估计系统状态。UKF算法相比于传统的卡尔曼滤波算法,在处理非线性系统时具有更好的表现。 Peukert常数是用来描述电池放电过程中能量转化效率的一个参数。它的取值范围通常在1.1到1.5之间,不同的电池类型具有不同的Peukert常数。在这里我们假设电池的Peukert常数为1.357。 接下来是电池SOC计算函数的代码实现。 ``` #include <stdio.h> #include <math.h> #define PI 3.14159265358979323846 // 电池容量,单位:Ah const double capacity = 100.0; // Peukert常数 const double peukert = 1.357; // 采样时间,单位:s const double sample_time = 1.0; // 初始SOC值 double soc = 100.0; // 初始电池内阻值,单位:mOhm double r0 = 10.0; // UKF算法相关参数 const int n = 2; // 状态向量维度 const int m = 1; // 观测向量维度 const double alpha = 0.001; const double beta = 2.0; const double kappa = 0.0; // 状态向量 typedef struct { double soc; double r; } state_t; // 观测向量 typedef double observation_t; // 状态向量转移函数 void state_transition(state_t *state, double current, double voltage) { // 计算电池当前的负载电流 double current_load = voltage / state->r; // 计算电池的放电容量 double discharge_capacity = pow(current_load, peukert) * sample_time; // 计算SOC值 state->soc -= discharge_capacity / capacity * 100.0; // 计算内阻变化量 double delta_r = current * sample_time / (voltage - current * r0) - state->r; // 计算新的内阻值 state->r += delta_r; } // 观测向量转换函数 void observation_function(state_t *state, observation_t *observation) { *observation = state->soc; } // 系统噪声协方差矩阵 void process_noise_covariance(double *Q) { Q[0] = 1e-5; Q[1] = 1e-5; } // 观测噪声协方差矩阵 void observation_noise_covariance(double *R) { R[0] = 1e-3; } // 初始化状态向量和协方差矩阵 void initialize(state_t *state, double *P) { state->soc = soc; state->r = r0; P[0] = 1.0; P[1] = 0.0; P[2] = 0.0; P[3] = 1.0; } // 无迹卡尔曼滤波算法 void ukf_filter(state_t *state, double current, double voltage) { // 状态向量和协方差矩阵 double x[n]; double P[n * n]; // 观测向量和协方差矩阵 double z[m]; double R[m * m]; // 系统噪声协方差矩阵 double Q[n * n]; process_noise_covariance(Q); // 观测噪声协方差矩阵 observation_noise_covariance(R); // 初始化状态向量和协方差矩阵 initialize(state, P); // 计算Sigma点 double lambda = alpha * alpha * (n + kappa) - n; double c = sqrt(n + lambda); double Wm[2 * n + 1]; double Wc[2 * n + 1]; Wm[0] = lambda / (n + lambda); Wc[0] = lambda / (n + lambda) + (1 - alpha * alpha + beta); for (int i = 1; i <= 2 * n; i++) { Wm[i] = 1.0 / (2.0 * (n + lambda)); Wc[i] = Wm[i]; } double X[n][2 * n + 1]; for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = 0; j < 2 * n + 1; j++) { X[i][j] = state->soc; } } for (int i = 0; i < n; i++) { X[i][i + 1] += c; X[i][i + 1 + n] -= c; } // 预测状态向量和协方差矩阵 for (int i = 0; i < 2 * n + 1; i++) { x[i] = X[0][i]; state_transition(state, current, voltage); X[0][i] = state->soc; X[1][i] = state->r; } double x_mean = 0.0; double r_mean = 0.0; for (int i = 0; i < 2 * n + 1; i++) { x_mean += Wm[i] * X[0][i]; r_mean += Wm[i] * X[1][i]; } double P_xx = 0.0; double P_rr = 0.0; double P_xr = 0.0; for (int i = 0; i < 2 * n + 1; i++) { P_xx += Wc[i] * (X[0][i] - x_mean) * (X[0][i] - x_mean); P_rr += Wc[i] * (X[1][i] - r_mean) * (X[1][i] - r_mean); P_xr += Wc[i] * (X[0][i] - x_mean) * (X[1][i] - r_mean); } P[0] = P_xx; P[1] = P_xr; P[2] = P_xr; P[3] = P_rr + Q[1]; // 测量更新状态向量和协方差矩阵 observation_function(state, &z[0]); double z_mean = z[0]; double P_zz = R[0]; double P_xz = 0.0; for (int i = 0; i < 2 * n + 1; i++) { observation_function(&X[0][i], &z[i]); z_mean += Wm[i] * z[i]; } for (int i = 0; i < 2 * n + 1; i++) { P_zz += Wc[i] * (z[i] - z_mean) * (z[i] - z_mean); P_xz += Wc[i] * (X[0][i] - x_mean) * (z[i] - z_mean); } double K[n]; K[0] = P_xz / P_zz; K[1] = P_xz / P_zz; state->soc = x_mean + K[0] * (soc - z_mean); state->r = r_mean + K[1] * (r0 - z_mean); P[0] -= K[0] * P_zz * K[0]; P[1] -= K[0] * P_zz * K[1]; P[2] -= K[1] * P_zz * K[0]; P[3] -= K[1] * P_zz * K[1]; } int main() { double current = 10.0; // 电池负载电流,单位:A double voltage = 48.0; // 电池电压,单位:V state_t state; ukf_filter(&state, current, voltage); printf("SOC = %.2lf%%\n", state.soc); printf("Internal Resistance = %.2lf mOhm\n", state.r); return 0; } ``` 在上面的代码中,我们定义了状态向量和观测向量的数据结构,以及状态向量转移函数、观测向量转换函数、系统噪声协方差矩阵、观测噪声协方差矩阵、初始化函数和无迹卡尔曼滤波算法函数。 在主函数中,我们给定了电池的负载电流和电压,然后调用ukf_filter函数进行SOC和内阻的计算,并输出结果。
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