ЦИФРОВОЙ ИДЕНТИФИКАТОР ПАРАМЕТРОВ ЗАРЯДКИ АККУМУЛЯТОРОВ Российский патент 2005 года по МПК G05B23/02 H02J7/00 

Изобретение относится к автоматическому управлению, в частности к устройствам идентификации параметров нелинейных инерционных объектов, и может быть применено в системах контроля, идентификации в реальном масштабе времени, в том числе и для адаптации к внешним условиям в процессе зарядки аккумуляторов.

В реальных условиях безопасная быстрая зарядка никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов имеет широкий диапазон параметров, которые зависят от многих факторов (температура, флуктуации напряжения питающей электрической сети, индустриальные помехи в измерительных цепях и т.д.). (Статья "Интеллектуальное" зарядное устройство для Ni-Cd аккумуляторов. "Радио", №1, 2001 г., с.72). Идентификация параметров (ток зарядки и напряжение на аккумуляторе) с помощью специализированного процессора, включающего в себя аналого-цифровой преобразователь (АЦП), позволяет адекватно определить момент окончания оптимальной зарядки. К недостаткам этого устройства можно отнести необходимость перепрограммирования оптимального периода контроля, отключение аккумулятора от схемы зарядки в момент измерения второго параметра. Это существенно снижает быстродействие процесса адаптации. Процесс зарядки аккумуляторов в промышленных условиях подвергается различным индустриальным помехам. Постоянное воздействие на схему зарядного устройства разнообразных случайных помех, в том числе импульсного типа, снижает точность схемы контроля момента прекращения зарядки аккумулятора.

Известно устройство идентификации параметров нелинейного объекта в режиме, близком к оптимальному, в котором отсутствует необходимость использования специализированного вычислительного устройства и перепрограммирования его в ручном режиме (а.с. СССР №930266, G 05 B 23/02, 23.05.82). Оно позволяет в реальном масштабе времени идентифицировать комплексные параметры исследуемого объекта, например постоянную времени Т_i=R_i*С_i с учетом нелинейности характеристик контролируемого объекта, и повышает точность определения в общем случае нестационарного параметра T_i(t). Недостатками этого устройства являются необходимость возбуждения исследуемого объекта специально сформированным симметричным пробным сигналом и низкая помехоустойчивость аналогового апериодического фильтра, используемого для непрерывного формирования коэффициентов алгебраического уравнения.

Наиболее близко к предлагаемому устройство идентификации постоянной времени нелинейного объекта (а.с. СССР №991377, G 05 B 23/02, 23.01.83), которое обеспечивает возможность непрерывного контроля и измерения комплексного параметра Ti(t) в режиме нормальной эксплуатации при случайном входном сигнале. Оно содержит первый и второй блоки формирования коэффициентов, первый и второй блоки умножения, счетчик, первый и второй интеграторы, формирователь управляющего воздействия, блок деления и блок регистрации, причем выходы первого блока формирования коэффициентов подключены соответственно к первым входам первого и второго блоков умножения, выходы которых соединены с входами соответствующих интеграторов, а выходы интеграторов - с входами блока деления, выход которого подключен к входу блока регистрации, первый выход второго блока формирования коэффициентов подключен к входу формирователя управляющего воздействия, выход которого соединен с входом счетчика.

Недостатком этого устройства остается низкая помехоустойчивость, особенно к помехам импульсного типа, что снижает точность оценки момента окончания зарядки аккумуляторов, а также необходимость периодической коррекции параметров аналоговых апериодических фильтров, используемых в качестве блоков непрерывного формирования коэффициентов алгебраических уравнений относительно неизвестных комплексных параметров технологии заряда аккумуляторов.

Настоящее изобретение предусматривает получение технического результата, состоящего в повышении точности и помехоустойчивости идентификатора.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство идентификации, содержащее первый и второй блоки формирования коэффициентов, первый и второй блоки умножения, счетчик, первый и второй интеграторы, формирователь управляющего воздействия, блок деления и блок регистрации, причем выходы первого блока формирования коэффициентов подключены соответственно к первым входам первого и второго блоков умножения, выходы которых соединены с входами соответствующих интеграторов, а выходы интеграторов - с входами блока деления, выход которого подключен к входу блока регистрации, первый выход второго блока формирования коэффициентов подключен к входу формирователя управляющего воздействия, выход которого соединен с входом счетчика, введены первый и второй аналого-цифровой преобразователь и буфер, причем входы первого и второго аналого-цифрового преобразователя служат входами устройства, а выходы соединены с соответствующими блоками формирования коэффициентов, выполненными в форме цифровых БИХ-фильтров, второй выход второго блока формирования коэффициентов подключен к первому входу буфера, второй вход которого соединен с выходом счетчика, а выход буфера - со вторыми входами первого и второго блоков умножения, и все остальные блоки устройства выполнены цифровыми.

На чертеже представлена схема устройства. Оно содержит аналого-цифровые преобразователи 1 и 2, входы которых служат соответствующими входами Y(t) и X(t) устройства, блоки 3 и 4 формирования коэффициентов алгебраических уравнений относительно неизвестных нестационарных комплексов параметров аккумулятора в технологическом процессе ускоренной зарядки, выполненные в форме цифровых БИХ-фильтров по схеме конвейерного типа, первый и второй блоки умножения 5 и 6, первый и второй интегратор 7 и 8, блок деления 9, блок регистрации 10, формирователь управляющего воздействия 11, счетчик 12 и буфер 13.

При этом входной сигнал X(t) контролируемого объекта (схемы заряда аккумулятора) пропорционален напряжению [U₃(t)+U_n(t)], где U_n(t) - помехи сети переменного тока, Y(t) - выходной контролируемый сигнал объекта, пропорциональный току в зарядной цепи. Величина Lэ(t) - двоичный код числа, пропорционального эталонному напряжению. Устройство работает следующим образом.

Контролируемые входной X(t) и выходной Y(t) аналоговые случайные сигналы в режиме нормальной эксплуатации (зарядка аккумулятора) объекта без возбуждения специальным пробным сигналом подаются на входы АЦП 1 и 2, выходы которых соединены в параллельном коде с соответствующими первым и вторым входами цифровых БИХ-фильтров 3 и 4, которые используются для дискретного формирования коэффициентов.

Второй блок 4 формирования коэффициентов вырабатывает сигнал U₀(t_i) и C₀(t_i)=dU₀(t_i)/dt_i, а первый блок 3 формирования коэффициентов вырабатывает сигналы C₀(t_i) и C₁(t_i)=dCo(t_i)/d t_i.

При определенных параметрах блоков 3 и 4 формирования коэффициентов сигналы U₀(t_i) и U₁(t_i) практически совпадают с контролируемыми сигналами объекта X(t_i) и Y(t_i) соответственно.

Полученные сигналы позволяют преобразовать нелинейное дифференциальное уравнение, описывающее объект

T_j*dy/dt+y(t)=Fj[x(t)], (1)

где х (t) - входной случайный сигнал;

у(t) - выходной сигнал;

Т_j=R_j*С_j - постоянная времени, [с];

R_j и C_j - сопротивление и емкость в цепи заряда аккумулятора;

F_j - однозначная непрерывная нелинейная функция, к следующему виду:

T_j*C₁(t₁)+C₀(t_i)=F_j[U₀(t_i)]. (2)

Сигналы C_i(t_i) и U₀(t_i) дополнительно модулируются путем умножения на сигнал U₁(t_i), пропорциональный первой производной входного случайного сигнала X(t_i), и интегрируется на интервале времени от t_i до t_i+1, причем в эти моменты времени сигнал U₀(t_i) проходит через эталонный уровень U_э(t_i), что фиксируется формирователем 11 управляющего воздействия, на раздельные входы которого подаются сигналы U₀(t_i) и -U_э(t_i), а выход соединен с входом счетчика, регистрирующего N таких переходов, изменения знака функции Sign [U₀(t_i)-U_э(t_i)].

Буфер 13 открывается и закрывается сигналом с выхода счетчика 12. Правая часть уравнения (2) в этом случае обращается в ноль, поэтому можно сразу определить комплексный параметр зарядки аккумулятора, постоянную времени T_j(t_i), которая характеризует инерционность объекта.

Сигналы с выходов цифровых интеграторов 7, 8 подаются на блок деления 9 и в момент t_i+1, когда [U₀(t_i)-U_э(t_i)]=0 или проходит через ноль, либо N раз подобным моментам на выходе блока деления регистрируется значение постоянной времени T_j(t_i) с учетом нелинейных характеристик объекта.

Предложенный цифровой идентификатор позволяет без дополнительной перенастройки блоков формирования коэффициентов, блоков умножения, интеграторов и блока деления в процессе нормальной эксплуатации при случайном входном сигнале с высокой точностью определять параметры зарядки аккумулятора в присутствии индустриальных помех.

Изобретение относится к автоматическому управлению, в частности к устройствам идентификации параметров нелинейных инерционных объектов. Технический результат заключается в повышении точности и помехоустойчивости идентификатора. Идентификатор содержит первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первый и второй блоки формирования коэффициентов, первый и второй блоки умножения, счетчик, первый и второй интеграторы, формирователь управляющего воздействия, блок деления, буфер и блок регистрации, причем блоки формирования коэффициентов выполнены в форме цифровых БИХ-фильтров, и все остальные блоки устройства выполнены цифровыми. 1 ил.

Цифровой идентификатор параметров зарядки аккумуляторов, содержащий первый и второй блоки формирования коэффициентов, первый и второй блоки умножения, счетчик, первый и второй интеграторы, формирователь управляющего воздействия, блок деления и блок регистрации, причем выходы первого блока формирования коэффициентов подключены соответственно к первым входам первого и второго блоков умножения, выходы которых соединены с входами соответствующих интеграторов, а выходы интеграторов - с входами блока деления, выход которого подключен к входу блока регистрации, первый выход второго блока формирования коэффициентов подключен к входу формирователя управляющего воздействия, выход которого соединен с входом счетчика, отличающееся тем, что оно содержит первый и второй аналого-цифровые преобразователи и буфер, причем входы первого и второго аналого-цифровых преобразователей служат входами устройства, а выходы соединены с соответствующими блоками формирования коэффициентов, выполненными в форме цифровых БИХ-фильтров, второй выход второго блока формирования коэффициентов подключен к первому входу буфера, второй вход которого соединен с выходом счетчика, а выход буфера - со вторыми входами первого и второго блоков умножения и все остальные блоки устройства выполнены цифровыми.