AUV燃蓄混合電池功率適配與協(xié)調(diào)控制研究.pdf

1、針對用蓄電池作為能供系統(tǒng)的水下無人潛航器(AUV)經(jīng)常需要回到母船或岸基進(jìn)行充電,不能夠?qū)崿F(xiàn)長期水下航行的問題,對燃料電池AUV的結(jié)構(gòu)和硬件構(gòu)成做了詳細(xì)的分析,提出并設(shè)計(jì)了一種適用于AUV的新能源系統(tǒng)--閉式循環(huán)燃料電池系統(tǒng),此系統(tǒng)具有低噪聲、液態(tài)水量變化不引起AUV姿態(tài)變化、在AUV排水量不變的情況下提高其水下續(xù)航能力等優(yōu)點(diǎn)。本文研究的燃料電池系統(tǒng)需要在AUV內(nèi)部這個(gè)特殊的環(huán)境下工作,由于該密閉空間內(nèi)沒有空氣,所以本文選用純氫/純氧燃

2、料電池,并將一般的在開放環(huán)境下工作的燃料電池系統(tǒng)改進(jìn)為閉式循環(huán)燃料電池系統(tǒng)。針對閉式循環(huán)燃料電池系統(tǒng)給出了具體的控制方案,運(yùn)用SIMENS300 PLC作為控制器的核心,為整個(gè)控制系統(tǒng)搭建了一個(gè)穩(wěn)定性強(qiáng)的硬件平臺(tái)。
　　 根據(jù)實(shí)際情況為燃料電池系統(tǒng)、輔助能源系統(tǒng)、AUV推進(jìn)系統(tǒng)和DC/DC轉(zhuǎn)換器建立數(shù)學(xué)模型,每個(gè)模型的輸入輸出能夠相互銜接,為之后章節(jié)的進(jìn)一步研究打好基礎(chǔ)。
　　 本文研究燃料電池與AUV之間的功率匹配。為

3、了實(shí)現(xiàn)閉式循環(huán)燃料電池系統(tǒng)與AUV輸出功率匹配控制,依據(jù)燃料電池的化學(xué)、熱工流體等特性建立了其數(shù)學(xué)模型,通過仿真實(shí)驗(yàn)分析得到了影響質(zhì)子交換膜燃料電池(PEM FC)輸出電壓的主要因素。提出一種基于BP算法和模糊規(guī)則的功率匹配控制策略。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,閉式循環(huán)燃料電池及其控制系統(tǒng)能滿足與AUV推進(jìn)功率匹配的要求。本文還研究了燃料經(jīng)濟(jì)性,燃料電池AUV每次接受作業(yè)任務(wù)之前需要預(yù)算攜帶的氫氣質(zhì)量和氧氣質(zhì)量。
　　 本文進(jìn)一步研究燃蓄

4、混合電池與AUV之間的功率匹配,提出一種基于模糊控制的功率協(xié)調(diào)分配策略。協(xié)調(diào)考慮AUV的工作模式、AUV的功率需求和蓄電池的剩余電量,控制燃料電池系統(tǒng)的輸出功率和蓄電池的輸出功率,做到與AUV的功率需求相匹配。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,協(xié)調(diào)功率分配策略能滿足與AUV推進(jìn)功率匹配的要求,為下一步的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研制奠定了基礎(chǔ)。本文將燃料電池和蓄電池進(jìn)行比較,得到針對AUV不同的作業(yè)任務(wù)選取不同的電池系統(tǒng)的結(jié)論。閉式循環(huán)燃料電池系統(tǒng)將成為AUV的AIP新