CN103401534A - 基于rc电路充放电最终电压快速预测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法，包括：采集RC电路中电容上的实时电压：第一电压，第二电压和第三电压，第二电压距第一电压的采集时间间隔与第三电压距第二电压的采集时间间隔相等，均为第一时间间隔Δt1；第一电压、第二电压和第三电压分别连续采集n次，每次采集时间间隔相等，均为第二时间间隔Δt2，获得n组等第一时间间隔Δt1的第一电压，第二电压和第三电压；将每组第一电压，第二电压和第三电压依次代入最终电压预测公式，获得n组电容最终可充放到的预测的最终电压，对获得的n组预测的最终电压进行滤波算法处理，获得一个最终电压。本发明可以提高RC电路充放电最终电压快速预测法的抗干扰能力及预测的最终电压的精度。

Description

基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，特别是涉及RC电路充放电领域，具体为一种基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法。

背景技术

在例如电力及通信用直流供电系统、互联网数据处理中心（简称IDC）直流供电系统、电动车充电系统以及智能仪表等系统中需要根据最终电压值快速产生告警或控制时，而电容初始电压不明确，以及RC时间常数大且未知的前提下，如何能快速测量出RC电路充放电最终电压，一直是业界不断寻求的目标。

如果采用电压测量电路直接测量电容最终可充放到的电压值，须待电容充放电稳定后，才能将电压测量准确。然而，若RC时间常数较大，则响应时间将会很长，无法达到“快速”的目的。目前有机会做到“快速”的做法是通过如公式(1)所示的电容充放电公式计算。

$\mathrm{Ut}=\mathrm{Uo}+(\mathrm{Ue}-\mathrm{Uo})\×(1-e^{-\frac{t}{\mathrm{RC}}})$    (1)

其中，Uo为电容上的初始电压值；Ue为电容最终可充放到的电压值；Ut为t时刻电容上的电压值；RC为电容充放电等效时间常数值。

要利用公式(1)计算出Ue，需要预先知道Uo、RC值及在t时刻测得的Ut值方可。其中，Ut方便采集到，但可能无法确定何时开始的充放电，Uo、t不易确定；如果RC也不明或者不同应用时是个变数，直接利用此公式(1)也无法快速算出Ue。

因此，基于以上不足，有必要提供一种可快速而准确地获取电容最终可充放到的电压值的RC电路充放电最终电压预测方法。

上述公式1中：Uo、t、RC为三个不确定的未知数，为消除其影响，通过快速进行3次不同时刻但等间隔时间Δt的Ut采集，再利用公式（1）得出U1、U2及U3，进而推导出RC电路充放电最终电压值Ue的预测公式：

$\mathrm{Ue}=\frac{U_2\×U_2-U_1\×U_3}{(U_2+U_2)-(U_1+U_3)},$

上述预测公式中，Ue为电容最终可充放到的电压值，U1、U2、U3分别为等时间Δt间隔t1、t2、t3时刻电容上的电压值。

在RC电路充放电最终电压快速预测中，只要确保Δt，U1、U2、U3采样精准，Ue的快速准确获取就应该能实现。

实际应用中，Δt通过软件程式很容易控制，而U1、U2、U3的采样除硬件侦测电路有要求外，仍需软件加入滤波，方能确保U1、U2、U3采样的精准。

在通常对电压采样的软件处理中，一般采用快速多次采样，再对多次采样结果进行过滤处理，如：去除非法值、最大最小值，余下的再进行平均等软件滤波法，最后得出此次电压采样结果值。此种方法应用与稳态电压值的采样，其测量结果很可靠。但如果直接应用于RC电路充放电最终电压快速预测法中U1、U2、U3的采样，根据Ue的预测公式2计算出的结果，将会得出明显有问题的Ue值。其原因分析如下：

在RC电路充放电最终电压快速预测法中，U1、U2、U3采样的是电容放电时的瞬间电压。为快速得出电压Ue，采样往往在曲线较陡峭部位进行，如图1所示。

如果在t1、t2、t3各时刻对于U1、U2、U3的采样，仍采用多次法，从理论上讲，对于同一个U1或U2或U3，不同次的采样结果应该是放电曲线中依次下降的“一段”，如果对这段曲线再平均得出的值，就肯定不是原放电曲线上的值了，示意如图2所示。因此，根据采用多次采样再平均滤波法的U1、U2、U3软件修正值预测出的最终电压Ue肯定不是实际的值。

经实际应用验证，在RC电路充放电最终电压快速预测法中，如果不采用任何软件滤波，其预测结果不稳定，有时会出现明显错误及非法数据，其误差指标有时不能满足一般要求；但如果采用上述常用的软件滤波法先对每个采样值进行滤波修饰，其预测结果基本是明显错误的数据，更谈不上其误差指标要求了。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法，用于解决现有技术中RC电路充放电最终电压快速预测结果不稳定，误差较大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法，所述方法包括：采集RC电路中电容上的实时电压：第一电压，第二电压和第三电压，第二电压距第一电压的采集时间间隔与第三电压距第二电压的采集时间间隔相等，均为第一时间间隔Δt1；第一电压、第二电压和第三电压分别连续采集n次，每次采集时间间隔相等，均为第二时间间隔Δt2，获得n组等第一时间间隔Δt1的第一电压，第二电压和第三电压；将每组第一电压，第二电压和第三电压依次代入电压预测公式，获得n组电容最终可充放到的预测的最终电压，所述电压预测公式为：

其中，Ue为预测的最终电压，U1、U2、U3分别为第一电压，第二电压和第三电压；对获得的n组预测的最终电压进行滤波算法处理，获得一个最终电压。

作为本发明的一种优选方案，所述滤波方法处理包括：去除n组预测的最终电压中明显异常及非法的预测的最终电压，再去除最大值的预测的最终电压及最小值的预测的最终电压，余下的若干组预测的最终电压再取平均值，得出一个最终电压。

作为本发明的一种优选方案，若n组中的第二电压和第三电压均相等则无需通过最终电压预测公式计算每组的预测的最终电压，直接采用相等的第二电压和第三电压作为最终电压。

作为本发明的一种优选方案，第一时间间隔Δt1和第二时间间隔Δt2均为毫秒级时间，且第一时间间隔Δt1>>第二时间间隔Δt2。

作为本发明的一种优选方案，第一电压与第二电压的时间间隔、第二电压与第三电压的时间间隔均为第一时间间隔Δt1的划分为一组。

如上所述，本发明的一种基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法，具有以下有益效果：

1、本发明结合了RC电路充放电最终电压快速预测法中电压采样的特点，提供了一种新的最终电压快速预测的方法，本发明通过每隔Δt1采集一个点，每个点间隔Δt2采样n次，得n组等Δt1的第一电压U1，第二电压U2和第三电压U3，对每个U1、U2、U3的采样结果不需任何滤波修饰处理，之后将n组U1、U2、U3数据分别采用电压预测公式计算出n组预测的最终电压Ue；对n组Ue值进行滤波处理，获得最终电压，本发明提高了RC电路充放电最终电压快速预测法的抗干扰能力及预测的最终电压的精度。

2、本发明提供的方法是专门针对RC电路充放电最终电压快速预测法的软件滤波法，其每次最终电压预测结果均稳定可靠，其误差指标均能满足要求。

附图说明

图1显示为现有技术中的基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法中电容放电曲线示意图。

图2显示为现有技术中的基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法中采用多次采样再平均滤波法误差示意图。

图3显示为本发明的一种基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法流程示意图。

图4显示为本发明的一种基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法中多次电压采样的示意图。

图5显示为本发明的一种基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法中另一种流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

在RC电路充放电最终电压快速预测法中，如果不采用任何软件滤波，经实际应用验证，其预测结果不稳定，有时会出现明显错误及非法数据，其误差指标有时不能满足一般要求；如果采用常用的软件滤波法---先对每个采样值进行滤波修饰，其预测结果基本是明显错误的数据，更谈不上其误差指标要求了。

有鉴于此，如图3至图5所示，本发明的目的在于提供一种基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法，用于解决现有技术中RC电路充放电最终电压快速预测结果不稳定，误差较大的问题。以下将详细阐述本发明的一种基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的一种基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法。

本发明提供一种基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法，可以提高基于RC电路充放电最终电压快速预测法抗干扰能力及预测的最终电压精度法，本发明的方法本发明主要应用于需要根据最终电压值快速产生告警或控制的直流供电系统，如电力及通信用直流供电系统、互联网数据处理中心（简称IDC）直流供电系统、电动车充电系统以及智能仪表中等，特别应用于采用快速预测法的RC电路充放电时获取最终电压的过程中。

本发明提供一种基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法，本发明中的方法结合了RC电路充放电最终电压快速预测法中电压采样的特点，采用先对采集电容上的实时电压：第一电压U1，第二电压U2和第三电压U3，实时采样电压不加任和修饰，带入电压预测公式中得出预测的最终电压Ue，再对预测的最终电压Ue进行软件滤波处理，最后获得最终电压。

请参阅图3，显示为本发明的一种基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法流程示意图。如图3所示，本发明的方法具体实现如下：

步骤S1，采集RC电路中电容上的实时电压：第一电压，第二电压和第三电压，第二电压距第一电压的采集时间间隔与第三电压距第二电压的采集时间间隔相等，均为第一时间间隔Δt1；第一电压、第二电压和第三电压分别连续采集n次，每次采集时间间隔相等，均为第二时间间隔Δt2，获得n组等第一时间间隔Δt1的第一电压，第二电压和第三电压。

在本发明中，第一时间间隔Δt1和第二时间间隔Δt2均为毫秒级时间，且第一时间间隔Δt1>>第二时间间隔Δt2，第一时间间隔Δt1远远大于第二时间间隔Δt2，例如：第一时间间隔Δt1≥100ms，第二时间间隔Δt2=1ms～2ms。

可参考图4，图4显示为本发明的一种基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法中多次电压采样的示意图。在图4中，t1、t2、t3分别为第一电压U1、第二电压U2、第三电压U3的开始采样时刻。t2-t1=t3-t2，为等第一时间间隔Δt1。

第一电压U1每隔一个第二时间间隔Δt2采集一个点，一共采集n个第一电压U1的电压值；第二电压U2每隔一个第二时间间隔Δt2采集一个点，一共采集n个第二电压U2的电压值；第三电压U3每隔一个第二时间间隔Δt2采集一个点，一共采集n个第三电压U3的电压值。

获得n个第一电压U1，n个第二电压U2，n个第三电压U3之后，按等第一时间间隔Δt1依次对应将顺序一致的第一电压U1，第二电压U2，第三电压U3划为一组，例如，将采集的第3个第一电压U1，第3个第二电压U2，第3个第三电压U3划为一组，第3个第一电压U1和第3个第二电压U2之间的时间间隔为第一时间间隔Δt1，第3个第二电压U2和第3个第三电压U3之间的时间间隔也为第一时间间隔Δt1，即第一电压与第二电压的时间间隔、第二电压与第三电压的时间间隔均为第一时间间隔Δt1的划分为一组。

按照上述所示，依次划分，获得n组等第一时间间隔Δt1的第一电压，第二电压和第三电压。

步骤S2，将每组第一电压，第二电压和第三电压依次代入电压预测公式，获得n组电容最终可充放到的预测的最终电压，所述电压预测公式为：

其中，Ue为预测的最终电压，U1、U2、U3分别为第一电压，第二电压和第三电压。在本步骤中，对每个第一电压U1、第二电压U2、第三电压U3的采样结果不需任何滤波修饰处理。

步骤S3，对获得的n组预测的最终电压进行滤波算法处理，获得一个最终电压。具体的，在本实施例中，所述滤波方法处理具体包括：去除n组预测的最终电压中明显异常及非法的预测的最终电压，再去除最大值的预测的最终电压及最小值的预测的最终电压，余下的若干组预测的最终电压再取平均值，得出一个最终电压。

此外，在本发明中，还包括一种特例，请参阅图5，显示为本发明的一种基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法中另一种流程图。

在本发明中，若n组中的第二电压和第三电压均相等则无需通过最终电压预测公式计算每组的预测的最终电压，直接采用相等的第二电压和第三电压作为最终电压。所以在本实施例中，在执行完步骤S1后，如图5所示，还可以进一步包括：

步骤S4，判断n组中的第二电压和第三电压是否均相等，若均相等，则继续执行步骤S5，若没有均相等，则执行步骤S2。

步骤S5，直接采用相等的第二电压和第三电压作为最终电压。若n组中的第二电压和第三电压是否均相等说明此时电压很稳定，处于恒压状态，那最终电压一般也不会发生较大波动，基本可以认定为当前的第二电压或第三电压即为最终电压。

综上所述，本发明的一种基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法，达到了以下有益效果：

1、本发明结合了RC电路充放电最终电压快速预测法中电压采样的特点，提供了一种新的最终电压快速预测的方法，本发明通过每隔Δt1采集一个点，每个点间隔Δt2采样n次，得到n组等Δt1的第一电压U1，第二电压U2和第三电压U3，对每个U1、U2、U3的采样结果不需任何滤波修饰处理，之后将n组U1、U2、U3数据分别采用电压预测公式计算出n组预测的最终电压Ue；对n组Ue值进行滤波处理，获得最终电压，本发明提高了RC电路充放电最终电压快速预测法的抗干扰能力及预测的最终电压的精度。

2、本发明提供的方法是专门针对RC电路充放电最终电压快速预测法的软件滤波法，其每次最终电压预测结果均稳定可靠，其误差指标均能满足要求。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法，其特征在于，所述方法包括：

采集RC电路中电容上的实时电压：第一电压，第二电压和第三电压，第二电压距第一电压的采集时间间隔与第三电压距第二电压的采集时间间隔相等，均为第一时间间隔Δt1；第一电压、第二电压和第三电压分别连续采集n次，每次采集时间间隔相等，均为第二时间间隔Δt2，获得n组等第一时间间隔Δt1的第一电压，第二电压和第三电压；

将每组第一电压，第二电压和第三电压依次代入电压预测公式，获得n组电容最终可充放到的预测的最终电压，所述电压预测公式为：

其中，Ue为预测的最终电压，U1、U2、U3分别为第一电压，第二电压和第三电压；

对获得的n组预测的最终电压进行滤波算法处理，获得一个最终电压。

2.根据权利要求1所述的基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法，其特征在于，所述滤波方法处理包括：去除n组预测的最终电压中明显异常及非法的预测的最终电压，再去除最大值的预测的最终电压及最小值的预测的最终电压，余下的若干组预测的最终电压再取平均值，得出一个最终电压。

3.根据权利要求1所述的基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法，其特征在于，若n组中的第二电压和第三电压均相等则预测的最终电压直接采用相等的第二电压和第三电压作为最终电压。

4.根据权利要求1所述的基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法，其特征在于，第一时间间隔Δt1和第二时间间隔Δt2均为毫秒级时间，且第一时间间隔Δt1>>第二时间间隔Δt2。

5.根据权利要求1所述的基于RC电路充放电最终电压快速预测的方法，其特征在于，第一电压与第二电压的时间间隔、第二电压与第三电压的时间间隔均为第一时间间隔Δt1的划分为一组。

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