燃料電池混合動力機車建模及優(yōu)化控制.pdf

1、氫能具有來源豐富、燃燒值高、環(huán)保等一系列優(yōu)點，被認為是人類未來的終極能源。作為氫能開發(fā)和應(yīng)用的代表，近幾年燃料電池在各國政府的大力支持下已經(jīng)取得了突破性的進展，部分以燃料電池為核心的產(chǎn)品已經(jīng)進入商業(yè)化，其主要應(yīng)用在航天、軍事、交通、通信、電力以及家用產(chǎn)品等各領(lǐng)域。近些年，由于燃料電池技術(shù)的快速發(fā)展，特別是大功率燃料電池的研制成功，燃料電池在軌道交通方面的應(yīng)用引起了世界各地的關(guān)注和研究。
　　 燃料電池混合動力機車是一個涉及機械、

2、電氣、化學(xué)、控制等多領(lǐng)域的極為復(fù)雜的整車系統(tǒng)，整車部件中存在著大量的時變和非線性環(huán)節(jié)，因此構(gòu)建一個較為完善的燃料電池混合動力機車仿真模型以及設(shè)計一個適合燃料電池混合動力機車的整車控制策略對今后機車的開發(fā)和研究具有重要的意義。
　　 本文主要研究了燃料電池混合動力機車的行駛工況分析與測量，燃料電池混合動力機車的整車系統(tǒng)建模以及燃料電池混合動力機車的優(yōu)化控制等相關(guān)問題。主要工作及結(jié)論總結(jié)如下:
　　 (1)分析了現(xiàn)目前常用的

3、混合動力系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)、車體的動力系統(tǒng)類型以及常用的組合形式，并對這些拓撲結(jié)構(gòu)、動力系統(tǒng)類型進行了較為詳細的分析與對比，最后根據(jù)實際情況和經(jīng)濟等多方面考慮，選定了本文所建模型的拓撲結(jié)構(gòu)和動力設(shè)備組合。
　　 (2)為了更好地分析所建模型的整車性能，木文結(jié)合實際情況，測量了某地區(qū)某條地鐵線路的真實運行數(shù)據(jù)，建立了適合燃料電池混合動力機車的仿真行駛工況，利用MATLAB仿真軟件編寫工況程序，并嵌入到ADVISOR仿真軟件中，為后續(xù)研

4、究奠定仿真基礎(chǔ)。
　　 (3)針對ADVISOR仿真軟件在研究燃料電池混合動力機車方面的不足，對其進行了相應(yīng)的二次開發(fā)，利用ADVISOR仿真平臺，在MATLAB/SIMULINK仿真環(huán)境中，構(gòu)建了一個較為完善的燃料電池混合動力機車整車仿真模型，該系統(tǒng)模型主要組成部分有:車體子模型、蓄電池子模型、牽引電機子模型、燃料電池子模型、機車車輪子模型以及其他附屬子模型等?；诒疚乃鶞y量的燃料電池混合動力機車的仿真行駛工況，分析了在功率跟

5、隨控制策略下機車的整體性能，得到了各主要部件的全過程平均工作效率。根據(jù)參考文獻建立相應(yīng)的對比模型，通過相應(yīng)的對比分析，驗證了所建模型的正確性。
　　 (4)根據(jù)模糊邏輯控制理論，設(shè)計了一種基于T-S模糊邏輯控制的燃料電池混合動力機車控制策略。該T-S模糊邏輯控制策略以機車牽引電機的需求功率pmcr和蓄電池的荷電狀態(tài)值SOC作為輸入變量，以燃料電池的輸出功率比值系數(shù)K（即，燃料電池的輸出功率為K*pmcr）為輸出變量。基于燃料電池