Экстракция параметра солнечной батареи из данных

Открыть скрипт

Этот пример показывает оптимизацию параметров блока Solar Cell, чтобы соответствовать данным, заданным в области значений различных температур. Это использует оптимизационную функцию MATLAB® fminsearch. Другими продуктами, доступными для выполнения этого типа параметра, соответствующего моделям Simscape™ Electrical™, является Optimization Toolbox™ и Simulink® Design Optimization™. Эти продукты обеспечивают предопределенные функции, чтобы управлять и анализировать блоки с помощью графический интерфейсов пользователя или подхода командной строки.

Стратегия

Подходящий I-V выход изгибается для 8 Солнечных батарей Параметра к данным с помощью 2 процедур шага:

Оптимизируйте параметры в Солнечной батарее Основная диалоговая вкладка, чтобы совпадать с выходными кривыми к данным при комнатной температуре.
Оптимизируйте параметры в диалоговой вкладке Температуры Солнечной батареи, чтобы совпадать с выходными кривыми к данным при некомнатных температурах.

Данные и Setup блока

Файл данных MATLAB, ee_solar_iv_data.mat, хранит данные о Солнечной батарее как массив структур. Каждая структура содержит 3 поля: температура, i (текущий) и v (напряжение). Блок Solar Cell ссылается на структуру данных, чтобы установить рабочую температуру устройства, Импульсное значение блока VPulse, V2, и сгенерировать симуляцию выходные токи при предписанных напряжениях. Предписанные напряжения установлены путем вывода результатов симуляции в предписанные выходные времена. Чтобы установить выходные времена, на вкладке Modeling, нажимают Model Settings; в Параметрах конфигурации, в категории Импорта/Экспорта Данных, нажимают Additional parameters и задают Выходные времена. Осциллографы сохраняют выходное напряжение и текущие ответы как данные о структуре, Io.signal.values и Vo.signal.values.

  % Load Solar Cell data
  load ee_solar_iv_data.mat
  % Display the Solar Cell model
  Model = 'ee_solar';
  open_system(Model)

  close_system(Model, 0);

Первоначальная спецификация параметра

Начальные значения для fminsearch может быть оценен с помощью комбинации значений по умолчанию блока Solar Cell, значений таблицы данных и следующих уравнений:

$I_{ph} = I_{sc}$

$I_s = {I_{ph} \over (exp(V_{oc} / (.025*ec)) - 1)}$

$R_s = {-dV \over dI} @V_{oc}$

$R_p = {-dV \over dI} @I_{sc}$

Список параметров и начальных значений до оптимизации

  ParsListMain = {'Is', 'Iph', 'ec', 'Rs', 'Rp'};
  InitGuessMain = [ 3e-7 3.8 1.5 .004 10 ];
  ParsListTemp = {'TIPH1', 'EG', 'TXIS1'};
  InitGuessTemp = [ .001 1.11 3 ];

Начиная с fminsearch неограниченный нелинейный оптимизатор, который определяет местоположение локального минимума функции, варьируясь, первоначальная оценка приведет к различному набору решения.

Отобразите данные на графике по сравнению с солнечной батареей Выход Используя начальные параметры

Загрузите 8 моделей Solar Cell параметра и установите параметры

  load_system(Model);
  set_param([Model '/Solar Cell'], 'prm', '3')
  Pars = reshape([ParsListMain; cellstr(num2str(InitGuessMain'))'],1,[]);
  set_param([Model '/Solar Cell'], Pars{:})
  Pars = reshape([ParsListTemp; cellstr(num2str(InitGuessTemp'))'],1,[]);
  set_param([Model '/Solar Cell'], Pars{:})

  % Generate preliminary model curves and plot against data
  num_lines = length(iv_data);
  v_model = cell(1, num_lines);
  i_model = cell(1, num_lines);
  legend_info_data  = cell(1, num_lines);
  legend_info_model = cell(1, num_lines);
  for idx_data = 1:num_lines
      sim(Model);
      v_model{idx_data} = Vo.signals.values;
      i_model{idx_data} = Io.signals.values;
      legend_info_data{idx_data}  = [ 'Temp = '                         ...
          num2str(iv_data(idx_data).temperature) '\circC, Data'];
      legend_info_model{idx_data} = [ 'Temp = '                         ...
          num2str(iv_data(idx_data).temperature) '\circC, Model'];
  end
  plot([iv_data.v], [iv_data.i], 'd', [v_model{:}], [i_model{:}])
  xlabel('Solar cell output voltage (V)');
  ylabel('Solar cell output current (A)');
  legend([legend_info_data legend_info_model], 'Location', 'Best');
  title('Model with Initial Parameter Values');

Сумма квадратов ошибочного вычисления

ee_solar_lse функция должна быть минимизирована fminsearch. Эта функция возвращается, сумма квадратов ошибки для различия между солнечной батареей вывела текущий и данные. Если значение недопустимого параметра предоставляется fminsearch, catch оператор возвращает большое значение для ошибки.

Оптимизируйте основные диалоговые параметры вкладки при комнатной температуре (шаг 1)

  % Find room temperature data index
  idx_data = find([iv_data.temperature]==25);%#ok

  % Optimize parameters in main dialog tab of Solar Cell
  ParsList = ParsListMain;
  OptParsMain = fminsearch(@ee_solar_lse, InitGuessMain,              ...
      optimset('TolX', 1e-3));

  % Update Solar Cell block with optimized parameters
  Pars = reshape([ParsList; cellstr(num2str(OptParsMain'))'],1,[]);
  set_param([Model '/Solar Cell'], Pars{:});
  % Display optimized parameters
  display(sprintf(['Optimized parameters for the solar cell main '      ...
      'dialog tab are:\n']));
  display(sprintf('\t%5s = %s\n', Pars{:}));

Optimized parameters for the solar cell main dialog tab are:

	   Is = 3.14991e-07
	  Iph =     3.80143
	   ec =     1.39989
	   Rs =  0.00415127
	   Rp =     10.1088

Оптимизируйте параметры, управляющие температурной зависимостью (шаг 2)

  % Find index into data for non-room temperatures
  idx_data = find([iv_data.temperature]~=25);

  % Optimize parameters in temperature dialog tab of Solar Cell
  ParsList = ParsListTemp;
  OptParsTemp = fminsearch(@ee_solar_lse, InitGuessTemp,              ...
      optimset('TolX', 1e-3));

  % Update Solar Cell block with optimized temperature parameters
  Pars = reshape([ParsList; cellstr(num2str(OptParsTemp'))'],1,[]);
  set_param([Model '/Solar Cell'], Pars{:});
  % Display optimized parameters
  display(sprintf(['Optimized parameters for the solar cell '           ...
      'temperature dialog tab are:\n']));
  display(sprintf('\t%5s = %s\n', Pars{:}));

Optimized parameters for the solar cell temperature dialog tab are:

	TIPH1 = 0.00080491
	   EG =     1.1385
	TXIS1 =     3.3812

Отобразите оптимизированные кривые

  for idx_data = 1:num_lines
     sim(Model);
     v_model{idx_data} = Vo.signals.values;
     i_model{idx_data} = Io.signals.values;
  end
  plot([iv_data.v], [iv_data.i], 'd', [v_model{:}], [i_model{:}])
  xlabel('Solar cell output voltage (V)');
  ylabel('Solar cell output current (A)');
  legend([legend_info_data legend_info_model], 'Location', 'Best');
  title('Model with Optimized Parameter Values');

bdclose(Model)

Документация