PEMFC的容錯控制研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種將氫氣和氧氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，它具有能量轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境友好、無噪音、重量輕和工作溫度低等優(yōu)點(diǎn)。因此，在當(dāng)今能源危機(jī)和環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的情況下，對PEMFC的研究是十分有意義的。在PEMFC系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，質(zhì)子交換膜脫水或者電極水過剩是不可避免的。一旦發(fā)生這些故障，會導(dǎo)致PEMFC的性能不同程度的下降。對PEMFC系統(tǒng)進(jìn)行容錯控制方案有利于PEMFC系統(tǒng)在故障條件下仍然保持穩(wěn)定的性能輸出，

2、因此，本論文針對PEMFC中出現(xiàn)的水故障展開故障診斷與容錯控制技術(shù)的研究。主要研究內(nèi)容包括：
　?。?）建立PEMFC的動態(tài)數(shù)學(xué)模型?；谫|(zhì)子交換膜兩側(cè)的電化學(xué)反應(yīng)、極化反應(yīng)、電滲過程以及水濃度差等原理，利用MATLAB/SIMULINK仿真工具，分別建立PEMFC健康、水淹和膜干狀態(tài)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型。仿真結(jié)果顯示，這些數(shù)學(xué)模型能夠有效地反映PEMFC正常、水淹和膜干狀態(tài)下輸出電壓和陰陽極間壓力降的變化特性。
　?。?）基于反

3、饋線性化算法對PEMFC系統(tǒng)提出容錯控制方案。該容錯控制方案包括：故障診斷模塊，切換機(jī)理模塊以及容錯控制器集合。在故障診斷模塊中，首先基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立PEMFC健康狀態(tài)的辨識模型，辨識健康狀態(tài)下PEMFC的輸出電壓和陰極進(jìn)出口壓力降。然后通過與電堆的實(shí)時輸出電壓和陰極進(jìn)出口壓力降進(jìn)行比較，在線診斷PEMFC膜干和水淹故障。根據(jù)在線檢測出的故障類型，切換機(jī)理模塊實(shí)時切換到對應(yīng)的控制器，在容錯控制器集合中，利用反饋線性化算法設(shè)計了PE

4、MFC健康、水淹和膜干狀態(tài)的控制器。仿真結(jié)果表明，在不同故障模式下，該容錯控制方案通過調(diào)節(jié)陰陽極輸入氣體的壓強(qiáng)，使電壓始終跟蹤在設(shè)定值，同時保持陰陽極的壓力降相等。
　?。?）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測控制算法對PEMFC系統(tǒng)提出容錯控制方案。該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測控制算法包括預(yù)測模型集合和滾動優(yōu)化器。在預(yù)測模型集合中，利用多個單步BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型串聯(lián)的方法，分別構(gòu)建了PEMFC健康、水淹和膜干狀態(tài)的多步預(yù)測模型。基于三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立了滾