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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