[發明專利]面向快速動態響應的燃料電池空氣供給控制器及控制方法

有效

• 申請號: 201910907034.1
• 申請日: 2019-09-24
• 公開（公告）號: CN110597052B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 陳啟宏;鄧志華;肖朋;張立炎;劉莉
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 劉琳

本發明公開了一種面向快速動態響應的燃料電池空氣供給控制器及控制方法，所述控制器包括：模糊自適應PID控制器：根據燃料電池的輸出反饋值y與參考值y_r的誤差值e(t)進行模糊推理，輸出模糊自適應PID控制信號u_FPID；自抗擾控制器：根據燃料電池的輸出反饋值y與參考值y_r通過擴張狀態觀測器計算，輸出自抗擾控制信號u_ADRC；模糊選擇器：進行模糊推理，輸出模糊自適應PID控制比例系數k₁、自抗擾控制比例系數k₂；空氣供給控制器：采用加權平均算法融合模糊自適應PID控制信號u_FPID和自抗擾控制信號u_ADRC，得到u(t)＝k₁u_FPID+k₂u_ADRC作為燃料電池空氣供給系統的控制信號。本發明結構設計簡單，易實現，并能有效解決車用燃料電池饑餓現象。

技術領域

本發明涉及燃料電池電動汽車控制技術領域，具體地指一種面向快速動態響應的燃料電池空氣供給控制器及控制方法。

背景技術

隨著全球經濟與工業快速發展，環境污染與能源危機問題日趨嚴重，引起了各國政府的強烈關注。因此，政府大力支持太陽能，潮汐能，風能和氫能等清潔能源的開發，這些能源具有零污染排放、高效率等優點。其中燃料電池是這些清潔能源中最典型的代表，它的原料是氫氣與空氣的氧氣在催化劑條件下發生化學反應，產生熱量、電和水，它具有高效、無污染、低溫啟動等優點。因此，在短短幾年內，它迅速獲得了各國政府和企業爭相追逐的新款清潔能源產品。特別是，質子交換膜燃料電池(PEMFC)被認為是最有前景的發電裝置，特別是在汽車領域得到廣泛的使用和迅速發展。它具有燃料電池所有優點，但其缺點是壽命短且成本昂貴，這限制了其在實際系統中的廣泛應用。因此，研究先進的控制系統必須滿足延長PEMFC壽命與避免PEMFC系統性能下降。

然而，對于喜歡使用傳統PID控制器的工程師來說，上述這些控制器似乎有點復雜和模糊。顯然，由于PEMFC系統本身存在非線性、參數不確定性和變量耦合等特性，傳統的PID控制顯然不適合處理復雜的非線性系統。為此，近年來，隨著智能算法的出現，很多研究人員利用模糊控制、神經網絡以及結合兩者優勢形成新的智能控制算法，以實現來提升PEMFC性能和延長使用壽命。然而，這種修改不可避免地引入了更多參數需要調節。因此，這無疑增加了工程師的工作量。

關于現有燃料電池系統發明中有一個非常重要的現象尚未得到足夠的重視，即瞬態過沖和快速響應(調整時間)問題。這些問題是在外界負載變化情況下氧氣過剩比系數(OER)在瞬態期間使得追蹤參考值易出現超調量(過沖)和響應速度慢，這對于實際系統來講是非常致命的。即使在最新的研究中，超調量和快速響應時間仍然是一個障礙。因此，對其進行研究無論對于實際系統還是理論研究都無疑具有重要的意義與價值。因此，有必要提供一種結構設計簡單，易實現，并能有效解決燃料電池饑餓現象的新型控制器。

發明內容

針對現有技術的不足之處，本發明提出了一種面向快速動態響應的燃料電池空氣供給控制器及控制方法，它能夠克服非線性、參數多變、變量耦合的車用燃料電池空氣供給系統，另外在外界負載突然劇烈變化情況下，實現氧氣過剩比系數具有零超調量與快速響應，從而提高燃料電池系統的性能及壽命。

為實現上述目的，本發明提出一種面向快速動態響應的燃料電池空氣供給控制器，其特殊之處在于，所述控制器包括模糊自適應PID控制器、自抗擾控制器、模糊選擇器、空氣供給控制器；

所述模糊自適應PID控制器用于根據燃料電池的輸出反饋值y與參考值y_r的誤差值e(t)進行模糊推理，輸出模糊自適應PID控制信號u_FPID；

所述自抗擾控制器用于根據燃料電池的輸出反饋值y與參考值y_r通過擴張狀態觀測器計算，輸出自抗擾控制信號u_ADRC；