PEMFC分?jǐn)?shù)階狀態(tài)空間建模與自適應(yīng)控制研究.pdf

1、燃料電池由于其環(huán)保、高效、低噪聲等突出特點(diǎn)，正被越來越廣泛的應(yīng)用于新能源汽車、分布式電站等方面。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)更是憑借其在響應(yīng)速度、能源利用效率和碳排放等諸多方面的獨(dú)特優(yōu)勢，成為一類極具發(fā)展前景的新能源發(fā)電方式。先進(jìn)的質(zhì)子交換膜燃料電池建模與控制技術(shù)作為PEMFC研究的重點(diǎn)方向之一，對于深入的理解PEMFC具體發(fā)電過程，提高發(fā)電系統(tǒng)整體性能具有十分重要的意義。對PEMFC的相關(guān)研究表明，其反應(yīng)過程中存在的氣體擴(kuò)散、熱傳

2、導(dǎo)等過程均具有分?jǐn)?shù)階特性。本文依據(jù)對PEMFC的反應(yīng)過程所存在分?jǐn)?shù)階特性的最新研究成果，將分?jǐn)?shù)階微積分理論應(yīng)用于系統(tǒng)建模與控制，辨識獲取分?jǐn)?shù)階形式的PEMFC狀態(tài)空間模型。同時(shí)應(yīng)用分?jǐn)?shù)階Lyapunov穩(wěn)定理論，結(jié)合辨識所得PEMFC分?jǐn)?shù)階狀態(tài)空間模型，設(shè)計(jì)可用于具體PEMFC對象的分?jǐn)?shù)階模型參考自適應(yīng)控制器(MRAC)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了PEMFC分?jǐn)?shù)階狀態(tài)空間模型的經(jīng)驗(yàn)建模方法。結(jié)合函數(shù)濾波與矩陣斜投影理論，將

3、整數(shù)階不確定系統(tǒng)的子空間辨識方法，向分?jǐn)?shù)階領(lǐng)域做了推廣。通過與實(shí)際電堆輸出電壓數(shù)據(jù)的對比，證明改進(jìn)后的分?jǐn)?shù)階子空間辨識算法可以較為理想的對PEMFC這類典型的不確定分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)進(jìn)行辨識。⑵根據(jù)分?jǐn)?shù)階李雅普諾夫穩(wěn)定定理，針對一般分?jǐn)?shù)階狀態(tài)空間模型，提出一種基于分?jǐn)?shù)階不等式的新型自適應(yīng)律設(shè)計(jì)方法。分別推導(dǎo)得到基于狀態(tài)變量與系統(tǒng)輸出誤差的分?jǐn)?shù)階模型參考自適應(yīng)律，并證明了所設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的分?jǐn)?shù)階模型參考自適應(yīng)控制器相較

4、于整數(shù)階控制器可以顯著提升系統(tǒng)反應(yīng)速度、減小穩(wěn)態(tài)誤差;對控制系統(tǒng)動、靜態(tài)性能的提升都有較為明顯的幫助。⑶針對具體的PEMFC對象，結(jié)合分?jǐn)?shù)階子空間辨識算法(Subspace modelidentification, SMI)和自適應(yīng)律推導(dǎo)過程，設(shè)計(jì)了一種適用于PEMFC發(fā)電系統(tǒng)的分?jǐn)?shù)階模型參考自適應(yīng)控制器。在分?jǐn)?shù)階領(lǐng)域，對燃料電池輸出電特性的經(jīng)驗(yàn)建模與自適應(yīng)控制方法進(jìn)行了研究。同時(shí)針對PEMFC系統(tǒng)不同階段工作狀態(tài)與負(fù)載變化情況，對比驗(yàn)