[發明專利]一種基于改進灰狼優化的PEMFC供氣系統控制策略

有效

• 申請號: 202110022924.1
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112886036B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 顧誠;周健豪;廖宇暉;吳旭陽;徐達;李超雄
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01M8/04298
• 分類號: H01M8/04298;H01M8/04313;H01M8/04089;H01M8/04082
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種基于改進灰狼優化的PEMFC供氣系統控制策略，屬于燃料電池供氣系統控制領域，本發明策略基于模糊邏輯控制（FLC）和改進灰狼優化算法（IGWO），所述方法主要包括：建立PEMFC供氣系統的數學模型和控制目標模型；基于PEMFC供氣系統，搭建模糊控制器模型；為保證送風系統的安全高效運行，針對PEMFC供氣系統控制策略中模糊控制器存在的不足，采用改進灰狼優化算法（IGWO）對模糊控制器進行改進和優化；采用本發明的技術方案，可以實現對質子交換膜燃料電池供氣系統有效、準確的控制，防止燃料電池組的缺氧和損壞，保證燃料電池系統的性能和安全。

技術領域

本發明屬于燃料電池供氣系統控制領域，尤其涉及一種基于改進灰狼優化的PEMFC供氣系統控制策略。

背景技術

近年來，能源危機和環境問題日益嚴重，嚴重的環境污染和能源危機正在推動太陽能、風能、地熱能等新型清潔能源的發展。燃料電池(FC)技術也被普遍認為是一種有潛力的解決方案，因為它使用可再生燃料同時環保。由于燃料電池利用氫氣和氧氣產生電、水和熱，燃料直接轉化為電能，所以燃料電池具有高能效、低浪費的優點。

質子交換膜燃料電池(PEMFC)，又稱固體聚合物燃料電池，被認為比其他類型的燃料電池更為發達。PEMFC被廣泛應用于各種領域。質子交換膜燃料電池(PEMFC)具有效率高、重量輕、污染小、運行溫度低、啟動時間快等優點，然而，高成本和短生命周期阻礙了其在實際系統中的大規模應用。因此，為了提高質子交換膜燃料電池(PEMFC)系統的使用壽命，避免有害的性能退化需要高級控制系統對燃料電池進行控制。

現如今，用于PEMFC的控制策略有很多，包括基于模型線性化的線性控制策略，模糊邏輯控制策略，PID控制策略，模型預測控制策略(MPC)等。所有這些控制策略都在應用于調節PEMFC供氣系統中的氧過量比有不同程度的成功。

模糊邏輯控制(FLC)是基于規則的一種控制策略，對模糊控制器的輸入和輸出分別設置隸屬度函數(MF)，選定隸屬度函數類型，論域范圍，再根據輸入輸出的關系設定一系列模糊規則來對PEMFC供氣系統進行控制，但其規則設計主要依賴一些專家經驗，缺乏系統性，無法定義控制目標并且信息簡單的模糊處理將導致系統的控制精度降低。

灰狼優化算法(GWO)是在2014年被提出的一種比較新穎的群體智能優化算法，該算法具有結構簡單、需要設置的參數少、在實驗編碼中容易實現和對于目標的搜索場景有著較好的適應性等優點。

發明內容

本發明提供了一種基于改進灰狼優化的PEMFC供氣系統控制策略，采用改進灰狼優化算法(IGWO)對模糊控制器進行改進和優化，使其控制策略控制效果更優，防止燃料電池組的缺氧和損壞，保證燃料電池系統的性能和安全，改進了PEMFC供氣系統控制策略中模糊控制器存在的不足，保證了送風系統的安全高效運行。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于改進灰狼優化的PEMFC供氣系統控制策略，包括如下步驟：

步驟1：建立PEMFC供氣系統的數學模型和控制目標模型；

步驟2：基于PEMFC供氣系統，搭建模糊控制器模型；

步驟3：為保證送風系統的安全高效運行，針對PEMFC供氣系統控制策略中模糊控制器存在的不足，采用改進灰狼優化算法(IGWO)對模糊控制器進行改進和優化；

以上所述步驟中，所述步驟1具體為：

建立PEMFC供氣系統的數學模型，其非線性狀態空間方程為：

其中，狀態向量x分別與PEMFC陰極通道中氧和氮的分壓、壓縮機中電機軸的轉速和供給歧管中的空氣壓力相關，控制輸入量u是空氣壓縮機電機電壓，提供燃料電池組的氧氣供應，可測量干擾輸入ω為電堆電流。