閉環(huán)動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制方法及應(yīng)用研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置，它直接將貯存在燃料與氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。在環(huán)境與能源備受人類關(guān)注的今天，PEMFC的研究與工程開發(fā)越來越受到各國政府與科技人員的重視。PEMFC發(fā)電系統(tǒng)要穩(wěn)定、安全、高效地運(yùn)行，需要有高效的外圍控制系統(tǒng)加以保證，對PEMFC系統(tǒng)進(jìn)行有效控制能夠提高運(yùn)行效率，延長電堆壽命，改善電能質(zhì)量，是推動(dòng)PEMFC實(shí)現(xiàn)實(shí)用化和商業(yè)化的重要環(huán)節(jié)。
　　在實(shí)際運(yùn)行過程中，PEM

2、FC存在著陰極過氧量尋優(yōu)的問題，也即最大凈功率跟蹤的優(yōu)化控制問題。而且在運(yùn)行過程中，需要滿足某些約束條件。本文研究針對PEMFC這一含有約束的待優(yōu)化控制設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，應(yīng)用極值搜索預(yù)測(ESPC)算法來保證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最大凈功率的跟蹤，同時(shí)可保證系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，使系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)介紹了PEMFC燃料電池系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，建立了用于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的PEMFC系統(tǒng)集總參數(shù)動(dòng)態(tài)模型。基于Matlab/Si

3、mulink仿真環(huán)境，建立PEMFC系統(tǒng)的仿真模型，仿真結(jié)果表明所建立的模型能模擬出PEMFC內(nèi)的壓力、電壓、溫度以及能量的動(dòng)態(tài)特性，與公開文獻(xiàn)資料比照可驗(yàn)證模型的正確性和有效性，為進(jìn)一步的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
　　(2)針對最佳氧量設(shè)定值受負(fù)載電流等因素的影響不斷變化，運(yùn)用極值搜索(ESC)算法在線尋找最佳過氧量點(diǎn)，由于風(fēng)機(jī)電機(jī)電壓和過氧量是受約束的，將約束轉(zhuǎn)化為外點(diǎn)罰函數(shù)形式加以考慮，仿真結(jié)果表明ESC方法不但能夠成功地搜

4、索到最佳過氧量目標(biāo)值，同時(shí)可以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)達(dá)到該目標(biāo)值，而且在負(fù)載電流發(fā)生較大變化情況下，也即在較寬的工況范圍內(nèi)，應(yīng)用ESC方法可達(dá)到提高電池堆凈輸出功率的目的。
　　(3)針對ESC算法由于攝動(dòng)信號(hào)的加入使得其用于PEMFC最大凈功率跟蹤時(shí)不可避免的出現(xiàn)系統(tǒng)在最佳工作點(diǎn)周圍振蕩，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)在考慮經(jīng)濟(jì)性能時(shí)無法兼顧的缺點(diǎn)，運(yùn)用極值搜索預(yù)測控制(ESPC)算法改進(jìn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)差的缺點(diǎn)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能兼顧的目的。通過離線求解線