燃料電池進氣系統(tǒng)控制.pdf

1、在當今化石能源需求激增、環(huán)境問題持續(xù)加重的形勢下，新能源的開發(fā)日益成為社會關(guān)注的重點。質(zhì)子交換膜燃料電池作為可再生能源利用技術(shù)之一，能夠?qū)錃夂脱鯕庵g的化學能轉(zhuǎn)化為成電能而無任何污染，因而極具發(fā)展?jié)摿?。燃料電池系統(tǒng)包括多個子系統(tǒng)，如空氣供給子系統(tǒng)、氫氣供給子系統(tǒng)、水冷子系統(tǒng)等。為改善燃料電池的可靠性和經(jīng)濟性，對燃料電池子系統(tǒng)進行建模與控制至關(guān)重要，尤其是對空氣供給系統(tǒng)。本文圍繞空氣供給系統(tǒng)，主要完成了以下幾個方面的研究:
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2、1)燃料電池測試平臺搭建:自主搭建了低溫水冷燃料電池系統(tǒng)半物理仿真平臺，包括空氣回路、輔助冷卻回路以及其他電氣設(shè)備，并基于Labview軟件開發(fā)了燃料電池空氣供給系統(tǒng)監(jiān)控程序。通過軟硬件結(jié)合的開環(huán)測試實驗，驗證了該平臺的可用性。
　　(2)系統(tǒng)建模:從燃料電池空氣供給系統(tǒng)的機理出發(fā)，建立了三階迸氣系統(tǒng)模型。基于自主搭建的半物理仿真平臺，通過實驗辨識的方法，構(gòu)建了滑片式空氣壓縮機的動態(tài)模型以輔助控制器設(shè)計。為實現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)功率優(yōu)化

3、，補充拓展了燃料電池電壓模型和系統(tǒng)凈功率模型，用于描述最優(yōu)凈功率對應的氧氣過量比與需求電流的關(guān)系，并通過實驗辨識出模型參數(shù)。
　　(3)控制策略設(shè)計與實現(xiàn):針對空氣供給系統(tǒng)的非線性特性，提出反饋線性化控制和基于二階滑模的串級控制兩種策略，并從理論上證明了反饋線性化算法的全局穩(wěn)定性。仿真結(jié)果顯示，反饋線性化控制器的響應速度更快、穩(wěn)態(tài)精度更高，從而將其應用到了已搭建的實驗平臺上，并取得了良好的控制效果。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合系統(tǒng)電壓和功率模