CN103424267A - 增程器的模型辨识实验系统及增程器参数的获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种增程器的模型辨识实验系统及其参数的获取方法，该增程器的模型辨识实验系统包括增程器、电阻箱、传感器和控制器。在采用该增程器的模型辨识实验系统获取增程器参数时，可以通过控制器控制增程器的输出功率，并通过电阻箱改变增程器的输出电流，进而通过传感器获取增程器输出端的瞬态电压值、稳态电压值、瞬态电流值、稳态电流值及增程器中发动机的转速值，然后根据所述基础数值，通过最小二乘法辨识获得增程器的等效电路电感、等效电路电阻和磁势值，从而实现了对增程器各个参数的快速准确辨识，进而根据获得的参数得到增程器的模型，有效缩短了电动汽车的动力系统的开发周期。

Description

增程器的模型辨识实验系统及增程器参数的获取方法

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，更具体的说，是涉及一种增程器的模型辨识实验系统及增程器参数的获取方法。

背景技术

在国家大力倡导环保节能的积极号召下，近年来，电动汽车作为一种新型的汽车类型，得到了广泛的应用及快速的发展。

众所周知，电动汽车是使用电能驱动电机作为动力系统的汽车，而电能需要提前存储在电动汽车的蓄电池中。由于蓄电池能够储存的电能容量有限，且无法方便的随时随地充电，因此，电动汽车一次性能够行驶的里程就受到了很大的限制。为了增大电动汽车的续驶里程，往往会在电动汽车上安装一个增程器，以配合车载蓄电池在不同工况下工作，增加电动汽车的续驶里程。

在电动汽车的设计及开发过程中，通常会将仿真技术引入电动汽车动力系统的开发，从而加快电动汽车的开发速度。而如果要对电动汽车的动力系统进行仿真，需要首先对电动汽车的动力系统各部分进行建模，其中就包括对增程器的建模。

综上所述可以看出，为了缩短电动汽车的动力系统的开发周期，需要提供一种增程器的模型辨识实验系统及增程器参数的获取方法，以实现简单快速地获得增程器的模型。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电动汽车增程器的模型辨识实验系统及实验方法，以实现简单快速地获得增程器的模型，缩短电动汽车的动力系统的开发周期。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种增程器的模型辨识实验系统，包括增程器、电阻箱、传感器和控制器；

所述控制器用于控制所述增程器；

所述增程器用于为所述电阻箱提供电能；所述增程器包括发动机、发电机和整流器；其中，所述发动机用于为发电机提供动力；所述发电机用于将所述发动机提供的动力转换为电能；所述整流器用于对所述发电机产生的电流进行整流处理；

所述电阻箱用于为所述增程器提供负载；

所述传感器用于检测所述增程器为所述电阻箱提供的电能的电压信号和电流信号。

可选的，所述发电机通过所述整流器与所述电阻箱连接。

可选的，所述电阻箱为阻值可调的电阻箱。

可选的，还包括：

分别与所述控制器和所述传感器连接的上位机，用于设定所述发动机的目标转速，并为用户显示所述传感器检测到的所述电阻箱的电压信号和电流信号。

可选的，所述控制器包括：

信息接口，用于接收所述上位机发送的所述增程器的目标输出功率；

处理器，用于根据所述目标转速计算出所述发动机的目标转速及目标油门数字量；

子控制器，用于控制将所述发动机的油门数字量调整为所述目标油门数字量。

一种增程器参数的获取方法，应用于上述增程器的辨识实验系统中，包括：

对由发电机和整流器组成的发电机-整流器系统进行处理，得到直流发电机模型；

获取所述直流发电机模型的基础数值；所述基础数值包括所述增程器输出端的瞬态电压值、稳态电压值、瞬态电流值、稳态电流值及增程器中发动机的转速值；

根据所述基础数值，通过最小二乘法辨识获得所述增程器的等效电路电感、等效电路电阻和磁势值。

可选的，所述获取基础数值，包括：

控制所述增程器中的发动机处于不同的转速，并检测记录下在所述发动机处于不同转速时，电阻箱的电流信号和电压信号；

控制改变所述电阻箱的阻值大小，并监测记录下在所述电阻箱的阻值不同时，电阻箱的电流信号和电压信号。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明实施例公开了一种增程器的模型辨识实验系统及其参数的获取方法，该增程器的模型辨识实验系统包括增程器、电阻箱、传感器和控制器。在采用该增程器的模型辨识实验系统获取增程器参数时，可以通过控制器控制增程器的输出功率，并通过电阻箱改变增程器的输出电流，进而通过传感器获取增程器输出端的瞬态电压值、稳态电压值、瞬态电流值、稳态电流值及增程器中发动机的转速值，然后根据所述基础数值，通过最小二乘法辨识获得增程器的等效电路电感、等效电路电阻和磁势值，从而实现了对增程器各个参数的快速准确辨识，进而根据获得的参数得到增程器的模型，有效缩短了电动汽车的动力系统的开发周期。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的增程器的模型辨识实验系统结构示意图；

图2为本发明实施例公开的增程器的结构示意图；

图3为本发明实施例公开的另一个增程器的模型辨识实验系统结构示意图；

图4为本发明实施例公开的控制器的结构示意图；

图5为本发明实施例公开的增程器参数的获取方法流程图；

图6为本发明实施例公开的获取基础数值的流程图；

图7为本发明实施例公开的发电机-整流器系统等效电路模型。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例公开的增程器的模型辨识实验系统结构示意图，参见图1所示，所述增程器的模型辨识实验系统10可以包括增程器101、电阻箱102、传感器103和控制器104。

其中，所述控制器104用于控制所述增程器101。

所述控制器104可以根据需要或用户设定的目标转速来控制所述增程器101中发动机的电子油门，即通过控制所述发动机的电子油门实现对所述发动机转速的调节，从而控制与所述发动机连接的发电机输出电流和电压的大小，实现对所述增程器101输出功率的控制。

所述增程器101用于为所述电阻箱102提供电能。

在一个示意性的示例中，所述增程器101的具体结构可以参见图2，图2为本发明实施例公开的增程器的结构示意图，如图2所示，所述增程器101可以包括：

发动机1011，用于为发电机提供动力。

发电机1012，用于将所述发动机提供的动力转换为电能。

整流器1013，用于对所述发电机产生的电流进行整流处理。

所述发动机1011与所述发电机1012连接，所述发动机1011可以转动带动所述发电机1012发电，所述发电机1012输出的电流需要首先经过所述整流器1013的整流处理，然后再输出至所述电阻箱102，从而所述发电机1012通过所述整流器1013与所述电阻箱102连接。

所述整流器1013可以将所述发电机1012输出的交流电整流为直流电，并且可以消除杂波干扰、稳定输出电压，同时还可以提高所述增程器101的瞬时放电能力。

其中，所述电阻箱102用于为所述增程器101提供负载。

所述电阻箱102为阻值可调的电阻箱，可以包括第一电阻、第二电阻和带有开关的电源线。所述带有开关的电源线可以与所述第一电阻或第二电阻并联，这样，通过对所述电源线上的开关的控制，就能够使所述电阻箱102的阻值发生变化，从而改变所述增程器101输出电流的大小。

所述传感器103用于检测所述增程器101为所述电阻箱102提供的电能的电压信号和电流信号。

当然，在所述增程器的模型辨识实验系统中，还包括检测所述增程器中发动机转速的传感器，以便于相关工作人员及时了解发动机的转速，并根据目标转速对所述发动机的当前转速做相应调整。

上述实施例中，所述增程器的模型辨识实验系统中的各部件之间可以通过电缆进行连接。

本实施例中，所述增程器的模型辨识实验系统包括增程器、电阻箱、传感器和控制器。在采用该增程器的模型辨识实验系统获取增程器参数时，可以通过控制器控制增程器的输出功率，并通过电阻箱改变增程器的输出电流，进而通过传感器获取增程器输出端的瞬态电压值、稳态电压值、瞬态电流值、稳态电流值及增程器中发动机的转速值，然后根据所述基础数值，通过最小二乘法辨识获得增程器的等效电路电感、等效电路电阻和磁势值，从而实现了对增程器各个参数的快速准确辨识，进而根据获得的参数得到增程器的模型，有效缩短了电动汽车的动力系统的开发周期。

图3为本发明实施例公开的另一个增程器的模型辨识实验系统结构示意图，参见图4所示，所述增程器的模型辨识实验系统40可以包括增程器101、电阻箱102、传感器103、控制器104及上位机301；所述增程器101可以包括发动机1011、发电机1012和整流器1013；其中，所述发动机1011用于为发电机1012提供动力；所述发电机1012用于将所述发动机1011提供的动力转换为电能；所述整流器1013用于对所述发电机1012产生的电流进行整流处理；其中，所述控制器104用于控制所述增程器101；所述增程器101用于为所述电阻箱102提供电能；所述电阻箱102用于为所述增程器101提供负载；所述传感器103用于检测所述增程器101为所述电阻箱102提供的电能的电压信号和电流信号；所述上位机301分别与所述控制器104和所述传感器103连接，用于设定所述发动机1011的目标转速，并为用户显示所述传感器103检测到的所述电阻箱102的电压信号和电流信号。

在一个示意性的示例中，所述控制器104的具体结构可以参见图4，图4为本发明实施例公开的控制器的结构示意图，如图4所示，所述控制器104可以包括：

信息接口1041，用于接收所述上位机发送的所述增程器的目标输出功率；

所述增程器的目标输出功率可以由相关的工作人员配置在所述上位机中。

处理器1042，用于根据所述目标输出功率计算出所述发动机的目标转速及目标油门数字量；

所述处理器1042可以首先根据所述目标输出功率计算出所述发动机的目标转速，再根据发动机的当前转速和所述目标转速计算出所述目标油门数字量。由于根据目标输出功率计算出发动机的目标转速及根据目标转速计算出目标油门数字量是现有技术能够实现的，因此对其具体计算过程不再做详细介绍。

子控制器1043，用于控制将所述发动机的油门数字量调整为所述目标油门数字量。

将所述发动机的油门数字量调整为所述目标油门数字量后，在误差允许范围内，所述增程器101的输出功率将会达到会接近所述目标输出功率。

本实施例中，所述增程器的模型辨识实验系统包括增程器、电阻箱、传感器和控制器。在采用该增程器的模型辨识实验系统获取增程器参数时，可以通过控制器控制增程器的输出功率，并通过电阻箱改变增程器的输出电流，进而通过传感器获取增程器输出端的瞬态电压值、稳态电压值、瞬态电流值、稳态电流值及增程器中发动机的转速值，然后根据所述基础数值，通过最小二乘法辨识获得增程器的等效电路电感、等效电路电阻和磁势值，从而实现了对增程器各个参数的快速准确辨识，进而根据获得的参数得到增程器的模型，有效缩短了电动汽车的动力系统的开发周期。同时所述增程器的辨识实验系统还包括分别与所述控制器和所述传感器连接的上位机，该上位机能够方便相关工作人员及时了解系统各部件的运行状态及参数。

上述本发明公开的实施例中详细描述了增程器的模型辨识实验系统，接下来，本发明还公开了一种增程器参数的获取方法，下面给出具体的实施例进行详细说明。

图5为本发明实施例公开的增程器参数的获取方法流程图，该方法应用于上述实施例公开的增程器的辨识实验系统中，参见图5所示，所述增程器参数的获取方法可以包括：

步骤501：对由发电机和整流器组成的发电机-整流器系统进行处理，得到直流发电机模型；

步骤501是将非线性的发电机系统近似成为直流发电机模型，以便于对增程器的分析研究。需要明确的是，本步骤中是将非线性的发电机系统理想成为直流发电机模型。

步骤502：获取所述直流发电机模型的基础数值；

所述基础数值包括所述增程器输出端的瞬态电压值、稳态电压值、瞬态电流值、稳态电流值及增程器中发动机的转速值。这些数值可以通过专用的传感器直接检测得到或将传感器检测到的数据经过一定的计算得到。

在一个示意性的示例中，步骤501的具体过程可以参见图6，图6为本发明实施例公开的获取基础数值的流程图，如图6所示，可以包括：

步骤601：控制所述增程器中的发动机处于不同的转速，并检测记录下在所述发动机处于不同转速时，电阻箱的电流信号和电压信号；

步骤602：控制改变所述电阻箱的阻值大小，并监测记录下在所述电阻箱的阻值不同时，电阻箱的电流信号和电压信号。

发动机的转速可以通过安装于所述发动机转轴或其他位置的转速传感器获得，并且控制器可以对所述转速传感器检测到的信号进行滤波、整形和测量，采用其中的滑模变结构控制算法，可以处理得到增程器的目标转速与当前转速的差值，然后对差值进行限制，并与上次检测计算得到的差值进行比较，得到电子油门电压增量，输出可控的0—N伏电压模变量，控制发动机的油门，实现对发动机转速的调节。

转回图5，进入步骤503。

步骤503：根据所述基础数值，通过最小二乘法辨识获得所述增程器的等效电路电感、等效电路电阻和磁势值。

图7为本发明实施例公开的发电机-整流器系统等效电路模型，参见图7所示。由于发电机-整流器系统是非线性系统，所以复杂的动态过程就不能用传统的线性仿真来描述，但为了分析研究的方便，将发电机_整流器系统近似成直流发电机模型。等效电阻模型暂态电压平衡电路方程和稳态电压平衡电路方程如下：

暂态电压平衡方程：

$v_R\left(t\right)=\mathrm{\λn}+R(-i_R\left(t\right))+L\frac{d\left({-i}_R\left(t\right)\right)}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

稳态电压平衡方程：

V_R=λn-RI_R    （2）

进而，根据图7所示获取基础数值的方法可以获得整流器输出端电压的瞬态和稳态值v_R(t),V_R，发动机转速值n，整流器输出端电流的稳态值和瞬态值i_R(t),I_R。根据采集到得电压、电流值和转速值，通过最小二乘法辨识可以获得增程器的等效电路电感L、等效电路电阻R和未知参数λ的大小，λ为磁势（Vs/rad）。具体方法如下：

根据最小二乘法的求解方法，对方程（1）进行变换，利用一阶向后差分将微分方程（1）离散化得到（t=kT₀）:

$v_R\left(k\right)=\mathrm{\λn}\left(k\right)-{\mathrm{Ri}}_R\left(k\right)-L\frac{i_R\left(k\right)-i_R(k-1)}{T_0}---\left(3\right)$

令

Z(k)=v_R(k)    （4）

h^T(k)=[n(k),-i_R(k),i_R(k-1)]    （5）

$\mathrm{\θ}={[\mathrm{\λ},R+\frac{L}{T_0},\frac{L}{T_0}]}^T---\left(6\right)$

上述（4）—（6）式表述的是最小二乘辨识算法的系统矩阵形式。其中T₀为采样周期，θ为状态估计向量，为待辨识的未知参数。

本实施例中，所述增程器参数的获取方法通过增程器的辨识实验系统中的增程器、电阻箱、传感器和控制器，首先获取基础数值，该基础数值包括所述增程器输出端的瞬态电压值、稳态电压值、瞬态电流值、稳态电流值及增程器中发动机的转速值，进而根据所述基础数值，通过最小二乘法辨识获得所述增程器的等效电路电感、等效电路电阻和磁势值。实现了对增程器各个参数的快速准确辨识，进而根据获得的参数得到增程器的模型，有效缩短了电动汽车的动力系统的开发周期。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种增程器的模型辨识实验系统，其特征在于，包括增程器、电阻箱、传感器和控制器；

所述控制器用于控制所述增程器；

所述增程器用于为所述电阻箱提供电能；所述增程器包括发动机、发电机和整流器；其中，所述发动机用于为发电机提供动力；所述发电机用于将所述发动机提供的动力转换为电能；所述整流器用于对所述发电机产生的电流进行整流处理；

所述电阻箱用于为所述增程器提供负载；

所述传感器用于检测所述增程器为所述电阻箱提供的电能的电压信号和电流信号。

2.根据权利要求1所述的模型辨识实验系统，其特征在于，所述发电机通过所述整流器与所述电阻箱连接。

3.根据权利要求1所述的模型辨识实验系统，其特征在于，所述电阻箱为阻值可调的电阻箱。

4.根据权利要求1所述的模型辨识实验系统，其特征在于，还包括：

分别与所述控制器和所述传感器连接的上位机，用于设定所述发动机的目标转速，并为用户显示所述传感器检测到的所述电阻箱的电压信号和电流信号。

5.根据权利要求4所述的模型辨识实验系统，其特征在于，所述控制器包括：

信息接口，用于接收所述上位机发送的所述增程器的目标输出功率；

处理器，用于根据所述目标转速计算出所述发动机的目标转速及目标油门数字量；

子控制器，用于控制将所述发动机的油门数字量调整为所述目标油门数字量。

6.一种增程器参数的获取方法，应用于上述增程器的辨识实验系统中，其特征在于，包括：

对由发电机和整流器组成的发电机-整流器系统进行处理，得到直流发电机模型；

获取所述直流发电机模型的基础数值；所述基础数值包括所述增程器输出端的瞬态电压值、稳态电压值、瞬态电流值、稳态电流值及增程器中发动机的转速值；

根据所述基础数值，通过最小二乘法辨识获得所述增程器的等效电路电感、等效电路电阻和磁势值。

7.根据权利要求6所述的获取方法，其特征在于，所述获取基础数值，包括：

控制所述增程器中的发动机处于不同的转速，并检测记录下在所述发动机处于不同转速时，电阻箱的电流信号和电压信号；

控制改变所述电阻箱的阻值大小，并监测记录下在所述电阻箱的阻值不同时，电阻箱的电流信号和电压信号。

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