基于Simulink的锂电池建模仿真

针对锂离子电池SOC(荷电状态)难以估算的问题,通过对电池建立等效的Thevenin电路模型,对不同时刻的SOC的模型参数进行拟合得到动态的模型参数,在Matlab中借助Simulink建立仿真模型,采用模块化结构,建立基于卡尔曼滤波算法的电池SOC估算系统;利用测得的电池电压电流,仿真系统可直接估算出实时的电池SOC,与实际的电池SOC对比,误差保持在2.5%以内,表明该方法可以有效地估计电池的SOC,对于锂离子电池在实际应用的容量估算有着重要意义。     

基于单粒子模型与偏微分方程的锂离子电池建模与故障监测

锂离子电池内部结构是一种复杂的分布参数系统, 如果为了降低计算难度而使用常微分方程描述锂离子电池, 可能会引入系统误差, 降低系统模型的可信度, 需要使用偏微分方程建立分布参数系统的精确模型. 本文提出了一种基于单粒子模型和抛物型偏微分方程的锂离子电池系统建模与故障监测系统设计方法, 当锂离子浓度实测值与理想值的残差大于预设门槛时判定分布参数系统处于故障状态. 通过一个仿真实例进行了锂离子电池系统建模和故障诊断实验, 实验证明基于单粒子模型和偏微分方程的锂离子电池故障监测系统具有更高的精确度和可信度.     

基于分布参数系统和单粒子模型的锂离子电池工作状态实时监控模型

提出了一种基于分布参数系统偏微分方程描述和单粒子模型的锂离子电池工作状态实时监控建模方法,能够实时跟踪锂离子电池阳极的锂离子密度和残差变化,并通过仿真实验验证了本文模型对锂离子电池工作状态故障报警的有效性和精确性.     

基于扩展单粒子模型的锂离子电池参数识别策略

为了精确识别电动汽车锂离子动力电池的关键状态参数,基于多孔电极理论和浓度理论,建立了一种考虑液相动力学行为的锂离子电池扩展单粒子模型.相较于传统单粒子模型,该模型增加了对负电极表面固体电解质界面膜参数的描述,并考虑了温度和液相浓度变化对锂离子电池关键参数的耦合影响.基于所建立的扩展单粒子模型,提出一种简化的参数灵敏度分析方法和有效的锂电池参数识别策略,用以确定特定工况下的高灵敏度待识别参数,进而利用遗传算法实现参数的优化求解.最后,通过对比分析本文模型和传统单粒子模型的仿真输出电压和相同工况下电池的实验输出电压验证了提出模型和参数识别方法的有效性和可行性,为电池管理系统的健康状态估计提供了理论基础.     

多层多孔锂离子电池结构的导波频散特征及其应用EI北大核心CSCD

采用状态矩阵与勒让德级数联合法,同步联立Biot理论,构建多层多孔锂离子电池声传播特性理论模型,以厚1.9 mm软包钴酸锂电池为例,数值分析了荷电状态(State of Charge,SOC)对多模态频散曲线的影响规律。同时,建立了电池中的声传播特性频域仿真模型,提取频域仿真中的超声导波频散曲线。此外,以体积小、柔性强的压电纤维复合材料(Macro Fiber Composite,MFC)为基础,实验探究了不同SOC对锂离子电池中声学行为的影响。采用互相关分析获取电池放电过程中声波渡越时间的偏移规律,建立了1.9 mm软包钴酸锂电池的声学波动行为与电池SOC间的映射关系。     

基于遗传算法的锂离子电池等效电路参数识别

结合锂离子电池双极性等效电路模型提出了一种基于遗传算法的参数识别方法,该方法通过指数函数对电路模型中的电阻、电容、恒压源等元件进行有理逼近,根据电池在不同充放电速率下的输出电压特性数据,通过实数编码遗传算法得到最优的函数参数,从而得到最优的电阻、电容,开路电压等电路参数值,针对电池在不同的工作状态,不同的工作参数下的运行数据,系列仿真和实验结果表明该算法原理简明,收敛较快,辨识得到的最优模型其电压输出特性与电池的实际电压输出特性基本吻合,能较精确的反映电池的实际特性,具有较高的辨识精度。     

基于等效模型和多时间尺度扩展卡尔曼滤波的锂离子电池SOC预测

荷电状态(SOC)和最大可用电量估计是锂离子电池寿命预测中的两个最重要部分;然而与快速时变的SOC比较,最大可用电量的参数变化缓慢;文章提出了一个基于等效模型和多时间尺度的扩展卡尔曼滤波(EKF)预测算法对SOC和最大可用容量分别在不同时间尺度上进行估计,在宏观尺度上利用了SOC估计值作为观测量,更新最大可用电量;针对NCA/C卫星锂离子电池实验数据的仿真结果表明,提出的多时间尺度EKF预测算法与EKF联合估计算法相比,SOC和最大可用电量估计准确度更高,同时提高了计算效率。     

基于反激式直流变换器的电池均衡系统仿真研究

针对电动汽车锂离子电池组在工作过程中出现的能量不一致现象,设计了一种基于反激式直流变换器的主动均衡电路,包括电源转换、信号采集、驱动电路以及均衡器4个模块。研究了均衡系统的拓扑结构和工作原理以及控制策略,阐述了反激式直流变换器与锂离子电池的建模方法,针对电池组8种典型的非均衡工况,进行了混合策略下的5 kHZ高频仿真实验,实验用电池SOC从44.3%到55.7%均有涉及,仿真与实验结果误差均在10%以内,验证了PSIM仿真电路与同轴多绕组变压器与电池建模方法以及混合控制策略的正确性。     

基于电池热特性及产热行为的新型锂离子电池评价

建立了一种新的基于锂离子电池热特性及产热行为的电池性能评价方法. 通过测量一系列不同容量及电极材料的18650电池在不同充放电时间及电流下其充放电能量的变化,建立了一个包含焦耳热与极化热影响因子的表达电池在充放电过程中的能量损失的模型. 利用这种模型,计算出电池总内阻R以及极化参数′,并且对R及′在不同温度下的变化情况进行了研究,建立一个对不同电池和不同温度都适用的普适性模型.     

包含液相扩散方程简化的锂离子电池电化学模型

锂离子电池的电化学模型对于电池特性分析和电池管理具有重要意义,但是准二维(P2D)模型复杂度太高,为了在保证模型精度的基础上尽量降低复杂度,本文提出了一种包含液相简化的P2D (LSP2D)模型,该模型首先基于电化学平均动力学将电池端电压化简成为仅耦合固相Li+浓度c_s和液相Li+浓度c_e的方程,然后进一步对表达c_s和c_e演化规律的偏微分方程进行抛物线近似化简,使得最终的模型由多项式组成.COMSOL仿真表明在放电倍率为1C时该模型与单粒子(SP)模型的估算精度和速度相当,但在放电倍率为3C时,该模型的估算时间比P2D模型减少了99.73%,与SP模型相当,估算精度相比SP模型有大幅度提升.     

Using Laser Measuring and SFM Algorithm for Fast 3D Reconstruction of Objects

Effective measurement of the reflective or transparent surface of an object has always been a disadvantage in laser scanning modeling. We propose a fast and complete three-dimensional (3D) reconstruction method for small static objects using laser scanning and the structure from motion (SFM) algorithm. Meanwhile, a complete reconstruction workflow is designed and a multi-angle 3d reconstruction system is set up. To generate the complete point cloud model of the object, the SFM algorithm is used to reconstruct the surface part of the object, the data for which cannot be obtained by the laser measuring instrument. The experimental results show that this method not only improves the speed, accuracy, integrity, and visual effect of 3D reconstruction of small objects, but also extends the scope of 3D reconstruction of laser measurement.     

应用理性优化蚁群算法提高激光三维复制的重现度

三维复制人工耳和打印手枪把激光三维复制技术推向新的一页。激光三维扫描是激光应用中一个新兴的重要领域,在三维复制中扮演着无可替代的角色,其复制精度在目前所有复制技术中是最高的。而重现度标志着复制结果与复制对象几何形状上的一致程度,是激光三维复制最重要的指标。分析了激光三维复制的误差,得出激光扫描的点云数据处理是减小误差、提高重现度的关键所在的结论。主要创新点在于,在传统蚁群算法的基础上,将提出理性优化蚁群算法应用于激光三维复制中的数据处理。经计算对比发现,有效减小了复制的误差,提高了复制的重现度。     

基于视觉SLAM和目标检测的语义地图构建

语义信息对于移动机器人理解环境内容、执行复杂任务至关重要,针对ORB-SLAM2构建的点云过于稀疏、缺乏语义信息、点云所占存储空间大等问题,提出将目标检测算法与视觉SLAM（同时定位与地图构建）技术紧密结合,构建环境的稠密点云语义地图。首先,通过目标检测网络YOLO v3及对象正则化准确获取物体的2D标签,并经过ORB-SLAM2算法构建环境的稀疏点云地图,通过含有2D标签的彩色图像和对应的深度图像以及关键帧来生成含有语义信息的稠密点云标签,使用基于图的分割算法对稠密点云进行分割,再将点云标签与分割后的点云进行融合,进而构建环境的稠密点云语义地图。文中方法在TUM公开数据集上进行试验,实验表明可以构建出效果较好的语义地图。与传统的ORB-SLAM2相比,此系统在构建地图的过程中,相机的绝对位姿误差和绝对轨迹误差分别减少了16.02%和15.86%,提高了建图精度。为了减小点云地图的存储空间,方便移动机器人进行避障和导航,最终将所构建的语义地图转换为八叉树地图。     

Computer-generated kinoforms of real-existing full-color 3D objects using pure-phase look-up-table method

A computational method based on pure-phase look-up-table (LUT) is proposed for generating kinoforms of full-color real-existing three-dimensional (3D) objects. The principle of the pure-phase LUT method is described. 3D depth as well as color information of a full-color 3D object is obtained by the full-color 3D profile measurement approach based on binocular vision. The obtained full-color 3D data is decomposed into red (R), green (G), and blue (B) channels, and kinoforms of each channel are calculated from the depth map and color information of the corresponding channel using the pure-phase LUT method. In order to reduce the speckle noise of reconstructed full-color 3D image, sequential kinoforms of each color channel are generated by adding dynamic-pseudorandom phase factor into the object domain. Numerical reconstruction and optical reconstruction with a phase-only spatial light modulator (SLM) show that, with the proposed method, full-color holographic 3D display of real-existing full-color 3D objects is available.     

利用反射全息实现计算全息三维显示

计算全息和光学全息都可应用于三维显示,但各有自己的优势和缺陷.将计算全息和光学反射全息相结合,可以突破光学全息对记录物体的限制,进行虚拟物体或自然场景的全息图的制作,同时可以实现白光再现.本文首先用三维扫描仪获得实际物体的三维数据,用"点云算法"模拟得到其菲涅耳全息图透射率数据,采用计算全息打印机将其输出于全息记录介质,得到可光学再现的菲涅耳计算全息图H₁.然后将H₁作为光学全息的记录物体进行反射全息记录,将平面全息转化为体全息,实现了计算全息白光再现.     

基于三维激光扫描的铁路罐车点云优化处理方法

通过对三维激光扫描技术在铁路罐车中的应用研究,对扫描过程中发现的点云残缺及噪点问题进行研究分析,提出一种快速有效点云优化处理方法,新方法包括sp-H点云预处理和Eti-G建模优化。验证试验表明,采用新的点云优化处理方法可以在较短时间内将扫描点云进行去噪及残缺修补,并能够快速高效进行模型重建,提升了不同工况环境下扫描点云的适用性,提高了扫描工作效率和准确度,铁路罐车容积测量结果的相对扩展不确定度达到2.4×10?3,为铁路罐车容积扫描最高准确度等级,为三维激光扫描相关技术的发展提供一定借鉴。     

光学扫描全息术研究进展

光学成像技术极大地拓展了人类的视觉极限,提高了人们观察和理解现实世界的能力。越多地获得目标的光学信息,对其的认识越充分。数字全息术是一种可以将样本的三维信息以二维全息图的形式编码记录下来的一种成像技术。通过获得由携带物体信息的物光波和参考光波叠加产生的干涉图案,可以以数字化的方式实现多种重建模态,例如图像恢复、相位成像和切片成像等。光学扫描全息术是一种独特的数字全息成像技术,通过主动式二维化扫描对三维物体进行成像,其完整的波前信息可以被单像素探测器记录,并基于光外差检测进行信号解调,从而恢复出复数全息图。对光学扫描全息术的最新进展进行介绍。首先,基于双光瞳成像系统,通过特殊的硬件和算法设计,提高光学成像系统的性能,如提高空间分辨率、缩短扫描时间。其次,基于计算成像原理,通过改进和优化全息像重建算法,实现高质量的图像恢复,主要涉及切片成像和三维成像等重建模态。第三,介绍光学扫描全息术的其他研究方向,并讨论该领域未来可能的发展方向。     

基于曲面分割的三维点云物体识别

提出了一种基于局部描述符的三维点云物体识别算法.算法首先得到点云的邻域、法线矢量等相关信息,通过邻域进一步得到形状索引值.特征点的提取以形状索引值为依据,以每个特征点为基点对曲面根据欧式距离和矢量夹角分割.分割的曲面片进行等间距划分为多个欧氏距离同心圆,以特征点切平面为基平面投影,并进行等角度抽样,通过抽样点相对特征点的法线矢量及测地距离变化曲线,建立曲面片的二维描述,从而把三维识别转化为二维.根据算法建立模型数据库,给定一个物体,通过和模型数据库中的曲面描述进行比对,得到潜在的识别结果,再通过迭代最近点算法,得到最终的识别结果.最后,通过大量具体实验验证了算法的有效性,并给出了算法的计算复杂度及耗时对比分析,说明了算法的高效性.     

Optical-path-length-shifting color digital holography

We propose an in-line color digital holography that can suppress a 0th-order diffraction image and a conjugate image. This technique reconstructs the image of an object from two holograms that are formed at two different distances from the object for each primary color. We numerically simulated the proposed technique and confirmed that it enabled the reconstruction of higher-quality images of an object than the Fresnel transform alone, which is the simplest reconstruction algorithm in digital holography. The effectiveness of the proposed technique was also quantitatively shown by evaluating the reconstructed images using root-mean-square errors. Thus, it was confirmed that the proposed technique was capable of recording and reconstructing both three-dimensional information and color information of an object.     

基于激光点云多条件约束的相机检校方法

为了克服相机检校对二维/三维检校场的依赖,提出一种基于激光点云多条件约束的相机检校方法。该方法通过对相机获取的多视影像进行光束法平差获得初始相机参数;利用影像点云与其最邻近的激光点云之间的位置关系,以共线方程为基础模型,建立多条件约束的相机检校数学模型;使用不等式约束的最小二乘方法平差迭代解算相机参数。将本文方法与基于三维控制场的检校精度进行了实验对比分析,结果表明本文方法与基于三维控制场的检校精度相当,两者反投影平均误差相差小于0.1 pixel,验证了本文方法在没有传统检校场的情况下进行相机检校的可行性。