JP5847685B2 - Parameter identification apparatus and identification method for continuous time system - Google Patents
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Description
本発明は、連続時間システムのパラメータ同定装置およびその同定方法に関する。 The present invention relates to a parameter identification apparatus and identification method for a continuous time system.
従来の連続時間システムのパラメータ同定方法としては、特許文献1に記載のものが知られている。
この従来の連続時間システムのパラメータ同定方法は、連続時間入力信号を、微分方程式で表現し得る連続時間システムに印加するとともに、このシステムの連続時間出力信号を検出し、これら入力信号と出力とのサンプル値を用いて、このシステムの微分方程式上のパラメータを同定する方法において、状態空間実現された安定なアナログ・フィルタの状態変数のサンプル値に合致した状態変数を持ち得る状態空間実現された安定なディジタル・フィルタ群に、入力信号と出力信号のサンプル値信号を各々入力し、各々のディジタル・フィルタの状態変数から、システムのパラメータに対応した同定信号を生成し、この同定信号を利用してシステムのパラメータを同定するようにしている。
As a conventional parameter identification method for a continuous time system, the one described in
In this conventional continuous-time system parameter identification method, a continuous-time input signal is applied to a continuous-time system that can be expressed by a differential equation, and the continuous-time output signal of the system is detected. A state space realized stability that can have a state variable that matches the sample value of the state variable of a stable analog filter realized in the state space, using the sample values to identify parameters on the differential equation of this system Each sampled value signal of the input signal and output signal is input to a group of digital filters, and identification signals corresponding to system parameters are generated from the state variables of each digital filter. System parameters are identified.
しかしながら、上記従来の連続時間システム同定装置および同定方法には以下に説明するような問題がある。
すなわち、連続時間入力信号u(t)と連続時間出力信号とy(t)の関係は、下記のn次微分方程式で記述され、パラメータ(ai、bi)が未知の単入力単出力システムとされている。
(sn+an-1sn-1+・・・+a0)y(t)=(bnsn+bn-1sn-1+・・・b0)u(t)
なお、i=0〜n、またsはラプラス演算子である。
これを書き換えると、次式のようになる。
y(t)=[N(p,θ)/D(p,θ)]×u(t)
ここで、θは未知のパラメータ・ベクトルであり、(ai、bi)で表される。また、pは微分演算子である。
However, the conventional continuous time system identification apparatus and identification method have the following problems.
That is, the relationship between the continuous-time input signal u (t), the continuous-time output signal, and y (t) is described by the following nth-order differential equation, and the parameters (ai, bi) are defined as a single-input single-output system with unknown parameters. ing.
(S n + a n-1 s n-1 + ... + a 0 ) y (t) = (b n sn + b n-1 s n-1 + ... b 0 ) u (t)
Note that i = 0 to n and s is a Laplace operator.
When this is rewritten, the following equation is obtained.
y (t) = [N (p, θ) / D (p, θ)] × u (t)
Here, θ is an unknown parameter vector and is represented by (ai, bi). P is a differential operator.
上記従来の連続時間システムのパラメータ同定方法では、N、Dがパラメータθについて線形であると仮定して、上記微分方程式を用いてパラメータを同定するようにしているので、たとえば抵抗やキャパシタなどからなる二次バッテリの等価回路モデルのような非線形のモデルに対しては、上記従来の射影型連続時間システムの同定方法を適用してパラメータを推定することができないという問題がある。 In the parameter identification method of the conventional continuous time system described above, N and D are assumed to be linear with respect to the parameter θ, and the parameters are identified using the differential equation. For a nonlinear model such as an equivalent circuit model of a secondary battery, there is a problem that the parameter cannot be estimated by applying the above-described conventional projection type continuous time system identification method.
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、非線形モデルに対しても、射影型連続時間システムの同定方法を適用してパラメータを推定することができるようにした連続時間システムのパラメータ同定装置およびその同定方法を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to the above problem, and the object of the present invention is to be able to estimate parameters by applying the projection type continuous-time system identification method even to a nonlinear model. It is an object of the present invention to provide a parameter identification apparatus and identification method for a continuous time system.
この目的のため、請求項1に記載の本発明による連続時間システムのパラメータ同定装置は、
対象システムを、複数のパラメータを用いて表した等価モデルと、
対象システムへの入力値を検出する入力検出部と、
所定時間範囲において入力値を入力したときの対象システムの出力値を検出する出力検出部と、
所定時間範囲においてパラメータと等価モデルをもとに出力値の予測値を算出する出力予測部と、
出力検出部で検出した出力値と出力予測部で算出した予測値との間の誤差を算出する誤差算出部と、
等価モデルのパラメータに関する感度関数(∂y^(t,θ)/∂θjの偏微分で定義され、y^は推定出力、tは時間、θはパラメータ・ベクトルである)をもとに、誤差算出部で算出した誤差が少なくなるようにパラメータを更新するパラメータ更新部と、
を備え、
出力予測部、誤差算出部、パラメータ更新部におけるそれぞれの算出演算を誤差が最小になるまで算出を繰り返し、誤差が最小のときのパラメータによりパラメータを同定するようにした、
ことを特徴とする。
For this purpose, the parameter identification device of a continuous time system according to the invention as claimed in
An equivalent model representing the target system with multiple parameters,
An input detection unit for detecting an input value to the target system;
An output detector that detects an output value of the target system when an input value is input in a predetermined time range; and
An output prediction unit that calculates a predicted value of an output value based on a parameter and an equivalent model in a predetermined time range;
An error calculator that calculates an error between the output value detected by the output detector and the predicted value calculated by the output predictor;
Based on the sensitivity function for the parameters of the equivalent model (defined by the partial derivative of ∂y ^ (t, θ) / ∂θj, y ^ is the estimated output, t is the time, and θ is the parameter vector) A parameter update unit that updates parameters so that the error calculated by the calculation unit is reduced;
With
Each calculation calculation in the output prediction unit, error calculation unit, and parameter update unit is repeated until the error is minimized, and the parameter is identified by the parameter when the error is minimum.
It is characterized by that.
また、請求項2に記載の発明の連続時間システムのパラメータ同定装置は、
請求項1の連続時間システムのパラメータ同定装置において、
対象システムが、二次バッテリであり、
等価モデルが、バッテリ・モデルであり、
入力検出部が、二次バッテリの充放電電流を検出する電流センサであり、
出力検出部が、二次バッテリの端子電圧を検出する電圧センサであり、
パラメータが、前記二次バッテリの充電率、健全度、前記電流センサのオフセット電流、バッテリ・モデルでの拡散抵抗、バッテリ・モデルでの電解液の抵抗、バッテリ・モデルでの拡散過程の時定数のうちの少なくともいずれかを含む、
ことを特徴とする。
Moreover, the parameter identification device of the continuous time system of the invention according to
The parameter identification device of the continuous time system of
The target system is a secondary battery,
The equivalent model is a battery model,
The input detection unit is a current sensor that detects the charge / discharge current of the secondary battery,
The output detector is a voltage sensor that detects the terminal voltage of the secondary battery,
The parameters are the charging rate of the secondary battery, the soundness, the offset current of the current sensor, the diffusion resistance in the battery model, the resistance of the electrolyte in the battery model, the time constant of the diffusion process in the battery model. Including at least one of them,
It is characterized by that.
また、請求項3に記載の発明の連続時間システムのパラメータ同定方法は、
対象システムへの入力値を検出し、
所定時間範囲において前記入力値を入力したときの前記対象システムの出力値を検出し、
所定時間範囲において対象システムの等価モデルで用いるパラメータと等価モデルをもとに出力値の予測値を算出し、
検出した出力値と算出した予測値との間の誤差を算出し、
等価モデルのパラメータに関する感度関数(∂y^(t,θ)/∂θjの偏微分で定義され、y^は推定出力、tは時間、θはパラメータ・ベクトルである)をもとに、誤差が少なくなるようにパラメータを更新し、
出力値の予測値の算出、誤差の算出、パラメータの更新を誤差が最小になるまで算出を繰り返し、この誤差が最小のときのパラメータによりパラメータを同定するようにした、
ことを特徴とする。
Moreover, the parameter identification method of the continuous time system of the invention described in
Detect the input value to the target system,
Detecting an output value of the target system when the input value is input in a predetermined time range;
Calculate the predicted value of the output value based on the parameters and equivalent model used in the equivalent model of the target system in the predetermined time range,
Calculate the error between the detected output value and the calculated predicted value,
Based on the sensitivity function for the parameters of the equivalent model (defined by the partial derivative of ∂y ^ (t, θ) / ∂θj, y ^ is the estimated output, t is the time, and θ is the parameter vector) Update the parameters so that
The calculation of the predicted value of the output value, the calculation of the error, and the update of the parameter were repeated until the error was minimized, and the parameter was identified by the parameter when this error was the minimum.
It is characterized by that.
また、請求項4に記載の発明の連続時間システムのパラメータ同定方法は、
請求項3の連続時間システムのパラメータ同定方法において、
対象システムが、二次バッテリであり、
等価モデルが、バッテリ・モデルであり、
入力値の検出部が、二次バッテリの充放電電流を検出する電流センサであり、
出力値の検出部が、二次バッテリの端子電圧を検出する電圧センサであり、
パラメータが、前記二次バッテリの充電率、健全度、前記電流センサのオフセット電流、バッテリ・モデルでの拡散抵抗、バッテリ・モデルでの電解液の抵抗、バッテリ・モデルでの拡散過程の時定数のうちの少なくともいずれかを含む、
ことを特徴とする。
Moreover, the parameter identification method of the continuous-time system of the invention described in
The method for identifying parameters of a continuous time system according to
The target system is a secondary battery,
The equivalent model is a battery model,
The input value detection unit is a current sensor that detects the charge / discharge current of the secondary battery,
The output value detector is a voltage sensor that detects the terminal voltage of the secondary battery,
The parameters are the charging rate of the secondary battery, the soundness, the offset current of the current sensor, the diffusion resistance in the battery model, the resistance of the electrolyte in the battery model, the time constant of the diffusion process in the battery model. Including at least one of them,
It is characterized by that.
請求項1に記載の本発明の連続時間システム同定装置にあっては、バッテリのような非線形モデルに対しても、射影型連続時間システムの同定方法を適用してパラメータを推定することができる。 In the continuous time system identification device according to the first aspect of the present invention, the parameter can be estimated by applying the projection type continuous time system identification method to a nonlinear model such as a battery.
また、請求項2に記載の本発明の連続時間システム同定装置にあっては、バッテリの充電率、健全度、前記電流センサのオフセット電流、バッテリ・モデルでの拡散抵抗、バッテリ・モデルでの電解液の抵抗、バッテリ・モデルでの拡散過程の時定数のうちの少なくともいずれか推定することができる。 Further, in the continuous time system identification device according to the present invention, the charging rate of the battery, the soundness, the offset current of the current sensor, the diffusion resistance in the battery model, the electrolysis in the battery model At least one of the resistance of the liquid and the time constant of the diffusion process in the battery model can be estimated.
また、請求項3に記載の本発明の連続時間システム同定方法にあっては、バッテリのような非線形モデルに対しても、射影型連続時間システムの同定方法を適用してパラメータを推定することができる。 In the continuous-time system identification method according to the third aspect of the present invention, the parameter can be estimated by applying the projection-type continuous-time system identification method to a nonlinear model such as a battery. it can.
また、請求項4に記載の本発明の連続時間システム同定方法にあっては、バッテリの充電率、健全度、前記電流センサのオフセット電流、等価モデルでの拡散抵抗、等価モデルでの電解液の抵抗、等価モデルの拡散過程の時定数のうちの少なくともいずれか推定することができる。
According to the continuous time system identification method of the present invention described in
以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on examples shown in the drawings.
まず、実施例1の連続時間システムの同定装置の全体構成を説明する。
この実施例1の連続時間システム同定装置および同定方法は、図1に示すように、たとえば、対象システムである二次バッテリ1に接続され、この充放電電流を検出する電流センサ2と、電流を入力したときのバッテリ1の端子電圧を検出する電圧センサ3と、マイクロコンピュータ4とを備えている。
なお、電流センサ2は本発明の入力検出部に、また、電圧センサ3は本発明の出力検出部にそれぞれ相当する。
First, the overall configuration of the identification device of the continuous time system according to the first embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, the continuous-time system identification apparatus and identification method according to the first embodiment are connected to a
The
マイクロコンピュータ4は、複数のパラメータを用いて表したバッテリ1の等価モデル(バッテリ・モデル)5と、所定時間範囲においてパラメータをもとに出力の予測値を算出する出力予測部6と、電圧センサ3で検出した出力値と出力予測部6で算出した出力の予測値との間の誤差を算出する誤差算出部7と、等価モデル5のパラメータに関する感度関数をもとに、誤差算出部7で算出した誤差が少なくなるようにパラメータを更新するパラメータ更新部8と、を備える。
なお、感度関数については、後で説明する。
出力予測部6、誤差算出部7、パラメータ更新部8におけるそれぞれの算出演算は、誤差が最小になるまで算出を繰り返し、この誤差が最小のときの感度関数を同定することで、パラメータを推定する。
The
The sensitivity function will be described later.
Each calculation calculation in the
次に、上記連続時間システム同定装置で実施する射影型連続時間システム同定法のアルゴリズムについて、以下に説明する。
今、pを微分演算子として、次式のような線形時不変システムを考える。
Now, consider a linear time-invariant system such as
推定誤差信号e(t)を
真のパラメータθ0が存在するとき、
When the true parameter θ 0 exists,
ここで、上記式(2)、式(3)の関係を用いれば、
したがって、基底(べクトルV)
しかし、基底Vは、真の対象システムG(p, θ0)を含むので、これを推定値G(p、θ^)で置き換える必要がある。
なお、推定値を表す「^」は、明細書中では、数式での表記とは異なって表記している。すなわち、「^」は、文字上に配置すべきところ、表記制約上、「^」を付けるべき文字(ここではθ)の後にずらして記載している。
このとき得られる射影のベクトル表現εはGの誤差に起因する項Δを用いて、
Note that “^” representing an estimated value is described in the specification differently from a mathematical expression. That is, “^” is shifted after the character (here, “θ”) to which “^” is to be placed because of the notation restriction.
The vector expression ε of the projection obtained at this time uses the term Δ due to the error of G,
このとき、
したがって、このシステムの平衡点は、θ^k=θ0であり、その安定性は事変の不確かさΔを持つノミナル安定なシステムとして考察することができる。
式(14)は図2の閉ループと等価である。
なお、αは、アルゴリズムの安定性を決めるステップ幅パラメータであり、0<α<1の間で決定する。αが1に近いほど収束のスピードは速くなるが、安定性は低下する。そのため、αを適切に決定する必要がある。
言い換えると、0<α<1とするとき、システム[?α/{z?(1?α)}]×Iは安定であり、その∞ノルムは1である。したがって、スモール・ゲイン定理から、Δの最大特異値が時間によらず1以下であることが、アルゴリズムが安定となる十分条件となる。
Therefore, the equilibrium point of this system is θ ^ k = θ 0 , and its stability can be considered as a nominally stable system with an uncertainty of uncertainty Δ.
Equation (14) is equivalent to the closed loop of FIG.
Α is a step width parameter that determines the stability of the algorithm, and is determined between 0 <α <1. The closer α is to 1, the faster the convergence speed, but the lower the stability. Therefore, it is necessary to appropriately determine α.
In other words, when 0 <α <1, the system [? Α / {z? (1? Α)}] × I is stable and its ∞ norm is 1. Therefore, from the small gain theorem, the maximum singular value of Δ is 1 or less regardless of time is a sufficient condition for the algorithm to be stable.
次に、射影の実装では、時刻tk(k=0,1,2,…,N)における入出力データが得られているとき、基底VDおよび推定誤差信号eDを、
ここでは、対象システムの例として、二次バッテリを取り上げる。二次バッテリを使用する場合、その時々の充電率(SOC: State of Charge)や健全度(State of Health)を知ることで、電気車両の走行条件を制御したり、警報を発したりすることが可能となる。
しかしながら、これらの値は直接検知することができないので、上記射影型連続時間システム同定法を利用する。
Here, a secondary battery is taken as an example of the target system. When using a secondary battery, knowing the state of charge (SOC) and the state of health (SOC) from time to time can control the driving conditions of an electric vehicle or issue an alarm. It becomes possible.
However, since these values cannot be detected directly, the projective continuous time system identification method is used.
充電率を推定するための一般的なバッテリの等価回路モデルでは、開回路電圧(OCV: Open Circuit Voltage)と過電圧(Overpotential)の2つの要素を考える。
開回路電圧は電気化学的平衡状態における電極の電位差であり、過電圧はバッテリに電流が流れたときのバッテリ内部での反応のダイナミックスによる電圧降下である。
In an equivalent circuit model of a general battery for estimating a charging rate, two elements of an open circuit voltage (OCV) and an overpotential are considered.
The open circuit voltage is the potential difference between the electrodes in an electrochemical equilibrium state, and the overvoltage is the voltage drop due to the dynamics of the reaction inside the battery when current flows through the battery.
OCVとSOCとの間には電極の材料などによって決まる1対1の対応関係があり、この関係は温度やバッテリの劣化にほとんど依存しないことが知られている。
OCVとSOCの関係の一例を図3に示す。
SOCは、
ただし、i(t)は充放電時の電流であり、充電時を正、放電時を負とする。
また、FCC0は新品時のバッテリの満充電容量(Full Charge Capacity)、SOHはバッテリの劣化の度合いを表す健全度である。さらに、dは電流センサのオフセット誤差である。
There is a one-to-one correspondence between OCV and SOC determined by the material of the electrode, and it is known that this relationship hardly depends on temperature or battery deterioration.
An example of the relationship between OCV and SOC is shown in FIG.
SOC
However, i (t) is a current at the time of charging / discharging, and is positive during charging and negative during discharging.
FCC 0 is a full charge capacity of the battery when it is new, and SOH is a soundness level indicating the degree of deterioration of the battery. D is an offset error of the current sensor.
過電圧は電解液などの抵抗、電極と電解質の界面の電荷移動過程、バッテリ内部のイオンの拡散過程の3つの要素に分けることができる。
電荷移動過程は時定数が数ミリ秒の早い応答であり、拡散過程は時定数が数百秒に及ぶ遅い応答である。
The overvoltage can be divided into three elements: resistance of an electrolyte solution, charge transfer process at the interface between the electrode and the electrolyte, and ion diffusion process inside the battery.
The charge transfer process is a fast response with a time constant of several milliseconds, and the diffusion process is a slow response with a time constant of several hundred seconds.
ここでは、データのサンプリング周期などの関係から電荷移動過程は無視できるとし、過電圧部分のインピーダンスを
ここで、sはラプラス演算子である。R0は電解液などの抵抗を表しており、Zω(s)はワールブルグ・インピーダンスと呼ばれている拡散過程のインピーダンスである。
Here, it is assumed that the charge transfer process is negligible due to the data sampling cycle, etc., and the impedance of the overvoltage part is
Here, s is a Laplace operator. R 0 represents the resistance of the electrolyte or the like, and Z ω (s) is the impedance of the diffusion process called Warburg impedance.
このワールブルグ・インピーダンスは
このワールブルグ・インピーダンスは、45度の位相遅れを持つことが大きな特徴である。
This Warburg impedance is
The main characteristic of the Warburg impedance is that it has a phase delay of 45 degrees.
式(21)のインピーダンスはそのままでは扱いにくいが、等価回路を用いて近似することができる。
実用上は無次元のモデルを扱うことができないので、適切な次数nで打ち切ることになる。
式(22)のモデルは、等価回路の抵抗やキャパシタが2つの物理パラメータRd、τdのみで決定される点で、R1〜RnとC1〜Cnのすべてを未知数とする従来の等価回路モデルと異なっている。
Since a dimensionless model cannot be handled in practical use, it is terminated at an appropriate order n.
The model of Eq. (22) is a conventional method in which the resistance and capacitor of the equivalent circuit are determined by only two physical parameters R d and τ d , and R 1 to R n and C 1 to C n are all unknowns. This is different from the equivalent circuit model.
図2のようなSOC−OCV特性の関数をfOCV(・)と表し、
この式(26)を、電流i(t)が入力、電圧v(t)が出力であるバッテリのモデルとする。
The function of SOC-OCV characteristics as shown in Fig. 2 is expressed as f OCV (·).
This equation (26) is a battery model in which the current i (t) is an input and the voltage v (t) is an output.
バッテリのモデルのうち、関数fOCVは事前の実験によって得ておく。また、FCC0は既知の量である。
したがって、バッテリのモデルの未知パラメータθは、
Therefore, the unknown parameter θ of the battery model is
上記バッテリのモデルは、式(1)〜式(5)のような形式ではないので、射影型連続時間システム同定法をバッテリのモデルのパラメータ推定に直接適用することはできない。
そこで、射影型連続時間システム同定法を上記バッテリ・モデルのパラメータ推定に適用できるように上記アルゴリズムを変更する。
式(1)の両辺をθjで偏微分すると、
Therefore, the algorithm is changed so that the projective continuous-time system identification method can be applied to the parameter estimation of the battery model.
When both sides of equation (1) are partially differentiated by θ j ,
したがって、射影型連続時間システム同定法における基底は
実際に基底、すなわち感度関数を計算して行くと、
上記v1(t)、v2(t)、v3(t)はバッテリのモデルのパラメータ推定を行うための感度関数であり、それぞれSOC、SOH、電流センサのオフセットに関する感度関数である。
ただし、us(t)は以下のような単位ステップ信号である。
Where u s (t) is a unit step signal as follows.
次に、Rdとτd。による微分を考える。
ここで、状態方程式(式(38))と観測方程式(式(39))の両辺をθjで偏微分すると、
したがって、
以上の手順を、図1のマイクロコンピュータで実行されるパラメータ推定処理のための図5に示すフローチャートに基づいて説明する。
ステップS0では、事前に実験を行って、バッテリから電流および電圧の波形をサンプリングする。
次いで、ステップS1へ進む。
The above procedure will be described based on the flowchart shown in FIG. 5 for parameter estimation processing executed by the microcomputer of FIG.
In step S0, an experiment is performed in advance to sample current and voltage waveforms from the battery.
Next, the process proceeds to step S1.
ステップS1では、初期化を行う。すなわち、パラメータの初期推定値θ^0を適当に決定する。ガウス・ニュートン法は、勾配法の一種であり、反復の初期値θ0の選び方によっては局所最適解に陥ってしまうことがある。
そのため、適切なθ0を選ぶことが大切である。連続時間システム同定法においては、未知パラメータ・ベクトルθに対して物理的な意味付けをすることが容易である場合が多いので、対象のシステムに関する事前情報を活かして反復の初期値を決定することが重要である。
次いで、ステップS2へ進む。
In step S1, initialization is performed. That is, the initial estimated value θ ^ 0 of the parameter is appropriately determined. The Gauss-Newton method is a kind of gradient method and may fall into a local optimal solution depending on how to select the initial value θ 0 of the iteration.
For this reason, it is important to select an appropriate θ 0 . In the continuous-time system identification method, it is often easy to give physical meaning to the unknown parameter vector θ, so the initial value of the iteration should be determined using prior information about the target system. is important.
Next, the process proceeds to step S2.
ステップS2では、ステップS2で得たパラメータの推定値θ^kを用いて基底VDと推定誤差信号eDを構築する。
基底は
The base is
また推定誤差信号は
次いで、ステップS3へ進む。
The estimated error signal is
Next, the process proceeds to step S3.
ステップS3では、上記基底VDと推定誤差信号eDの構築が成功した否かを判定する。判定結果がYESであれば、ステップS4に進み、NOであればステップS1に戻って、初期化からやり直す。 In step S3, it is determined whether or not the base V D and the estimated error signal e D have been successfully constructed. If the determination result is YES, the process proceeds to step S4, and if NO, the process returns to step S1 and starts again from the initialization.
ステップS4では、パラメータ推定値の更新を行う。すなわち、
このとき、基底の一次独立性が弱まって失敗することがある。その場合には、ステップS1に戻り、別のパラメータ初期推定値θ^0を用いて同様の処理を行う。
成功したら、ステップS5へ進む。
In step S4, the parameter estimated value is updated. That is,
At this time, the primary independence of the basis may be weakened and fail. In that case, the process returns to step S1, and the same processing is performed using another parameter initial estimated value θ ^ 0 .
If successful, the process proceeds to step S5.
ステップS5では、パラメータ推定値の更新が成功したか否かを判定する。判定結果がYESであれば、ステップS6へ進み、NOであればステップS1に戻って、初期化からやり直す。 In step S5, it is determined whether or not the parameter estimation value has been successfully updated. If the determination result is YES, the process proceeds to step S6, and if NO, the process returns to step S1 and starts again from the initialization.
ステップS6では、最終基準、すなわち収束の判定を行う。判定結果がYESすなわち、パラメータ推定値が収束していれば、更新を終了する。
ただし、収束の条件としては、たとえば以下の式を用いることができる。
一方、判定結果がNOでパラメータ推定値が収束していなければ、ステップS2に戻り、基底VDと推定誤差信号eDの構築からやり直す。
以上で、パラメータ推定処理を終える。
In step S6, the final criterion, that is, the convergence determination is performed. If the determination result is YES, that is, if the parameter estimation value has converged, the update is terminated.
However, as the convergence condition, for example, the following expression can be used.
On the other hand, if the determination result is NO and the parameter estimation value has not converged, the process returns to step S2 and starts again from the construction of the base V D and the estimation error signal e D.
This completes the parameter estimation process.
ここで、電気自動車の走行実験により得られた図6のような入出力データ(同図(a)が入力としての入力電流、同図(b)が出力としての出力電圧)を用いてシミュレーションでパラメータを推定した。
データのサンプリング周期は0.1秒であり、バッテリのモデルのZW(s)の次数は4とした。このときのパラメータの推定結果を表にして図7に示す。この表から物理的にこれらのパラメータの値は妥当であると考えられる。
Here, simulation is performed using input / output data (Fig. 6 (a) is an input current as an input and Fig. 6 (b) is an output voltage as an output) obtained by an electric vehicle running experiment. The parameters were estimated.
The data sampling period was 0.1 second, and the order of Z W (s) of the battery model was 4. The parameter estimation results at this time are shown in a table in FIG. From this table, the values of these parameters are physically reasonable.
また、観測された出力と実施例1のモデル出力との比較結果を、図8(測定結果を実線で、推定結果を破線で示す)に示し、またクーロン・カウント法により得たSOCと実施例1で推測したSOCとの比較結果を図9(クーロン・カウント法による結果を実線で、推定結果を破線で示す)に示した。
これらの結果をみると、慨形は捉えられているものの前半部分で誤差が生じていることが分かる。これは実験の間にバッテリの特性が変化してしまった可能性が考えられ、これを考慮するようにすれば、推定精度をより高くすることが可能となる。
Moreover, the comparison result between the observed output and the model output of Example 1 is shown in FIG. 8 (measurement results are indicated by a solid line and estimation results are indicated by a broken line), and the SOC obtained by the Coulomb count method and the example The comparison result with the SOC estimated in 1 is shown in FIG. 9 (the result by the Coulomb count method is indicated by a solid line, and the estimation result is indicated by a broken line).
From these results, it can be seen that there is an error in the first half of the saddle shape, although it is captured. This may be due to the possibility that the characteristics of the battery have changed during the experiment. If this is taken into account, the estimation accuracy can be further increased.
ここで、パラメータ推定値の反復更新回数の様子を、出力電圧(下記各図中の(a))とSOC(下記各図中の(b))について、測定結果を実線で、推定結果を破線でそれぞれに示す。
図10は反復0回のとき、図11は反復3回のとき、図12は反復6回のとき、図13は反復9回のとき、図14は反復15回のときの結果を示す。
これらの図から分かるように、推定の反復更新を繰り返すことで推定精度が次第に高まっていく。したがって、実施例1における推定の反復更新は、推定精度の向上に効果があることが分かる。
Here, the state of the number of times the parameter estimation value is repeatedly updated is shown for the output voltage ((a) in each figure below) and SOC ((b) in each figure below) with the measurement result as a solid line and the estimation result as a broken line. It shows in each.
FIG. 10 shows the results for 0 iterations, FIG. 11 for 3 iterations, FIG. 12 for 6 iterations, FIG. 13 for 9 iterations, and FIG. 14 for 15 iterations.
As can be seen from these figures, the estimation accuracy gradually increases by repeatedly performing the estimation update. Therefore, it can be seen that iterative updating of the estimation in Example 1 is effective in improving the estimation accuracy.
以上、説明したように、実施例1の連続時間システムのパラメータ同定装置およびその推定方法は、バッテリのような非線形モデルに対しても、射影型連続時間システムの同定方法を適用してパラメータを推定することができる。 As described above, the parameter identification apparatus and its estimation method of the continuous-time system according to the first embodiment estimate parameters by applying the projection-type continuous-time system identification method to a nonlinear model such as a battery. can do.
また、バッテリ1に適用すると、バッテリ1の充電率、健全度、前記電流センサのオフセット電流、バッテリ・モデル5での拡散抵抗、バッテリ・モデル5での電解液の抵抗R0、バッテリ・モデルでの拡散過程の時定数のうちの少なくともいずれかを一挙に同時推定することができる。
Also, when applied to
以上、本発明を上記実施例に基づき説明してきたが、本発明は上記実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。 As described above, the present invention has been described based on the above-described embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and even when there is a design change or the like without departing from the gist of the present invention, it is included in the present invention.
たとえば、本発明の連続時間システムのパラメータ同定装置およびその推定方法は、バッテリ以外の非線形モデルにも適用することができる。 For example, the continuous-time system parameter identification apparatus and estimation method thereof according to the present invention can be applied to nonlinear models other than batteries.
1 バッテリ(対象システム)
2 電流センサ(入力検出部)
3 電圧センサ(出力検出部)
4 マイクロコンピュータ
5 バッテリ・モデル(等価モデル)
6 出力予測部
7 誤差算出部
8 パラメータ更新部
1 Battery (target system)
2 Current sensor (input detector)
3 Voltage sensor (output detector)
4 Microcomputer
5 Battery model (equivalent model)
6 Output prediction unit
7 Error calculator
8 Parameter update section
Claims (4)
前記対象システムへの入力値を検出する入力検出部と、
所定時間範囲において前記入力値を入力したときの前記対象システムの出力値を検出する出力検出部と、
前記所定時間範囲において前記パラメータと前記等価モデルをもとに前記出力値の予測値を算出する出力予測部と、
前記出力検出部で検出した出力値と前記出力予測部で算出した予測値との間の誤差を算出する誤差算出部と
前記等価モデルのパラメータに関する感度関数(∂y^(t,θ)/∂θjの偏微分で定義され、y^は推定出力、tは時間、θはパラメータ・ベクトルである)をもとに、前記誤差算出部で算出した誤差が少なくなるように前記パラメータを更新するパラメータ更新部と、
を備え、
前記出力予測部、前記誤差算出部、前記パラメータ更新部におけるそれぞれの算出演算を前記誤差が最小になるまで算出を繰り返し、該誤差が最小のときのパラメータにより前記パラメータを同定するようにした、
ことを特徴とする連続時間システムのパラメータ同定装置。 An equivalent model representing the target system with multiple parameters,
An input detection unit for detecting an input value to the target system;
An output detection unit for detecting an output value of the target system when the input value is input in a predetermined time range;
An output prediction unit that calculates a predicted value of the output value based on the parameter and the equivalent model in the predetermined time range;
An error calculating unit that calculates an error between the output value detected by the output detecting unit and the predicted value calculated by the output predicting unit; and a sensitivity function (∂y ^ (t, θ) / ∂ parameter that updates the parameter so that the error calculated by the error calculation unit is reduced based on the partial differential of θj, y ^ is the estimated output, t is the time, and θ is the parameter vector) Update section,
With
Each calculation calculation in the output prediction unit, the error calculation unit, and the parameter update unit is repeated until the error is minimized, and the parameter is identified by a parameter when the error is minimum.
A parameter identification apparatus for a continuous-time system.
前記対象システムは、二次バッテリであり、
前記等価モデルは、バッテリ・モデルであり、
前記入力検出部は、前記二次バッテリの充放電電流を検出する電流センサであり、
前記出力検出部は、前記二次バッテリの端子電圧を検出する電圧センサであり、
前記パラメータは、前記二次バッテリの充電率、健全度、前記電流センサのオフセット電流、前記バッテリ・モデルでの拡散抵抗、前記バッテリ・モデルでの電解液の抵抗、前記バッテリ・モデルでの拡散過程の時定数のうちの少なくともいずれかを含む、
ことを特徴とする連続時間システムのパラメータ同定装置。 The parameter identification device for a continuous time system according to claim 1,
The target system is a secondary battery,
The equivalent model is a battery model;
The input detection unit is a current sensor that detects a charge / discharge current of the secondary battery,
The output detection unit is a voltage sensor that detects a terminal voltage of the secondary battery,
The parameters include the charging rate of the secondary battery, the soundness level, the offset current of the current sensor, the diffusion resistance in the battery model, the resistance of the electrolyte in the battery model, and the diffusion process in the battery model. Including at least one of the time constants of
A parameter identification apparatus for a continuous-time system.
所定時間範囲において前記入力値を入力したときの前記対象システムの出力値を検出し、
前記所定時間範囲において前記対象システムの等価モデルで用いるパラメータと前記等価モデルをもとに前記出力値の予測値を算出し、
前記検出した出力値と前記算出した予測値との間の誤差を算出し、
前記等価モデルの前記パラメータの感度関数(∂y^(t,θ)/∂θjの偏微分で定義され、y^は推定出力、tは時間、θはパラメータ・ベクトルである)をもとに、前記誤差が少なくなるように前記パラメータを更新し、
前記出力値の予測値の算出、前記誤差の算出、前記パラメータの更新を前記誤差が最小になるまで算出を繰り返し、該誤差が最小のときのパラメータにより前記パラメータを同定するようにした、
ことを特徴とする連続時間のパラメータシステム同定方法。 Detect the input value to the target system,
Detecting an output value of the target system when the input value is input in a predetermined time range;
Calculate the predicted value of the output value based on the parameters used in the equivalent model of the target system and the equivalent model in the predetermined time range
Calculating an error between the detected output value and the calculated predicted value;
Based on the sensitivity function of the parameter of the equivalent model (defined by the partial differentiation of ∂y ^ (t, θ) / ∂θj, where y ^ is the estimated output, t is the time, and θ is the parameter vector) Update the parameters to reduce the error,
The calculation of the predicted value of the output value, the calculation of the error, and the update of the parameter are repeated until the error is minimized, and the parameter is identified by the parameter when the error is minimum.
A continuous-time parameter system identification method characterized by the above.
前記対象システムは、二次バッテリであり、
前記等価モデルは、バッテリ・モデルであり、
前記入力値の検出部は、前記二次バッテリの充放電電流を検出する電流センサであり、
前記出力値の検出部は、前記二次バッテリの端子電圧を検出する電圧センサであり、
前記パラメータは、前記二次バッテリの充電率、健全度、前記電流センサのオフセット電流、前記バッテリ・モデルでの拡散抵抗、前記バッテリ・モデルでの電解液の抵抗、前記バッテリ・モデルでの拡散過程の時定数のうちの少なくともいずれかを含む、
ことを特徴とする連続時間のパラメータシステム同定方法。 The continuous time parameter system identification method according to claim 3,
The target system is a secondary battery ,
Before Symbol equivalent model is a battery model,
The input value detection unit is a current sensor that detects a charge / discharge current of the secondary battery,
The output value detector is a voltage sensor that detects a terminal voltage of the secondary battery,
The parameters include the charging rate of the secondary battery, the soundness level, the offset current of the current sensor, the diffusion resistance in the battery model, the resistance of the electrolyte in the battery model, and the diffusion process in the battery model. Including at least one of the time constants of
A continuous-time parameter system identification method characterized by the above.
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