[發明專利]一種SOFC半實物模擬系統及其控制器開發方法

有效

• 申請號: 202010155030.5
• 申請日: 2020-03-07
• 公開（公告）號: CN111463455B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 蔣建華;徐小林;汪浩;李曦;鄧忠華
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M8/04298
• 分類號: H01M8/04298;H01M8/10
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

1.一種SOFC半實物模擬系統，其特征在于，包括SOFC熱電特性仿真單元、控制單元、傳感器單元和SOFC電特性模擬單元；

所述SOFC熱電特性仿真單元包括電堆模塊、熱交換器模塊和燃燒室模塊，用于模擬實際SOFC系統運行，產生熱電數據；

所述控制單元實時采樣負載功率變化，利用SOFC控制算法處理得到相應的控制信號，并將所述控制信號輸出至所述傳感器單元；

所述傳感器單元包括電壓測量接口與電壓輸出接口，用于實時采集所述SOFC熱電特性仿真單元的電數據通過電壓輸出接口傳輸至所述SOFC電特性模擬單元，以及將所述控制信號通過電壓測量接口輸入所述SOFC熱電特性仿真單元；

所述SOFC電特性模擬單元包括可控電源，用于實現SOFC的實際功率輸出；

其中，所述控制單元包括控制器，所述控制器為根據以下步驟所開發的控制器：

S1、在純仿真條件下運行所設計的控制算法，觀察控制算法的控制效果，如果控制算法的控制效果達到要求進行下一步操作，否則繼續在純仿真條件下調整控制算法；

S2、將控制算法和SOFC控制對象分離，將控制算法保存為一個單獨的模型，并對控制算法進行離散化處理，設置相應的目標控制器參數；

S3、對控制算法的采樣接口和輸出接口進行處理，根據目標控制板類型制作相應的接口模塊，將接口模塊添加到控制算法模型中；

S4、利用所述控制算法模型生成相應目標控制板可運行的代碼，并且下載到目標控制板中；

S5、將目標控制板分別與傳感器單元和負載連接，通過所述SOFC半實物模擬系統的運行以實際驗證控制器的控制效果。

2.如權利要求1所述的SOFC半實物模擬系統，其特征在于，所述控制單元包括主處理器、高精度電壓采集模塊、高精度電流采集模塊、CAN通信模塊和高精度電壓輸出模塊。

3.如權利要求1所述的SOFC半實物模擬系統，其特征在于，所述SOFC熱電特性仿真單元根據SOFC實物系統樣機進行物理建模，并通過實驗數據對SOFC模型進行驗證，將驗證好的SOFC模型運行在PC機上。

4.如權利要求3所述的SOFC半實物模擬系統，其特征在于，所述SOFC模型基于Simulink中的Desktop RealTime平臺建立。

5.如權利要求2或3所述的SOFC半實物模擬系統，其特征在于，所述傳感器單元為PCI數據采集卡。

6.一種基于權利要求1-5任一項所述SOFC半實物模擬系統的控制器開發方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、在純仿真條件下運行所設計的控制算法，觀察控制算法的控制效果，如果控制算法的控制效果達到要求進行下一步操作，否則繼續在純仿真條件下調整控制算法；

S2、將控制算法和SOFC控制對象分離，將控制算法保存為一個單獨的模型，并對控制算法進行離散化處理，設置相應的目標控制器參數；

S3、對控制算法的采樣接口和輸出接口進行處理，根據目標控制板類型制作相應的接口模塊，將接口模塊添加到控制算法模型中；

S4、利用所述控制算法模型生成相應目標控制板可運行的代碼，并且下載到目標控制板中；

S5、將目標控制板分別與傳感器單元和負載連接，通過所述SOFC半實物模擬系統的運行以實際驗證控制器的控制效果。

7.如權利要求6所述的控制器開發方法，其特征在于，所述步驟S3中制作相應的接口模塊包括：

(1)對目標控制板進行評估，判斷所述目標控制板的接口能否滿足所述控制算法接口的需要，如果能滿足則進行下一步，否則更換目標控制板或者改進控制算法；

(2)對所需接口在相應目標控制板的開發軟件中寫好接口的配置文件，將每個接口保存成不同的.c以及其.h頭文件；

(3)將配置文件封裝成SIMULINK中的模塊，并且將編寫完成的模塊添加到SIMULINK的系統庫中；

(4)從SIMULINK庫中將寫好的配置文件添加到算法模型相應的接口上。