燃料电池发动机空气供给系统建模与优化控制研究

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1、武汉理上大学硕士学位论文摘要由于传统电池寿命短、对环境造成污染等缺点，所以新型燃料电池的研究开发对满足现代社会发展提供清洁能源的要求同益提高，质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有洁净无污染，能量转化效率高(实际能量转换效率可达40％'--"60％1，工作稳定可靠，冷启动时间短等优点。PEMFC发动机系统由燃料电池堆和辅助系统组成，空气供给系统是其重要部件之一，空气供给系统的功耗直接影响PEMFC发动机效率，空气流量、压力、温度等对发动机系统性能产生重要影响，因此，本文针对PEMFC发动机空气供给系统，开展系统建模仿

2、真与优化控制研究。主要研究内容如下：首先分析了PEMFC建模、PEMFC发动机空气供给系统建模与控制研究现状，介绍了PEMFC工作原理及发动机系统结构，探讨了PEMFC发动机空气供给系统建模方法，提出了将机理建模和神经网络建模相结合建立PEMFC发动机空气供给系统模型，即PEMFC发动机系统阴极气体流量、供给管道、返回管道等机理模型，基于BP神经网络建立了PEMFC发动机空气供给系统的风机模型。基于MatlabGUI设计了PEMFC发动机空气供给系统的GUI仿真输入、输出界面。运用Simulink仿真软件实现了空气

3、供给系统模型的仿真。基于燃料电池实验数据验证了模型的正确性，并分析了空气供给系统中重要参数的变化及对燃料电池堆工作产生的影响。。针对燃料电池堆在电化学反应过程中，负载功率不断变化的需求，实时控制空气流量、压力、温度等，同时为了降低风机本身功耗，保证燃料电池发动机系统有较高发电效率，提出了平衡空气供给系统气体压力优化的PID控制、滑模控制、模糊PID控制3种控制方案，研究了基于3种控制策略气体压力的控制仿真，分析了PEMFC发动机空气供给系统3种控制策略的优缺点。研究结果表明：tiEMFC发动机空气供给系统的模糊PI

4、D控制精度高、控制灵活、适应性强，比PID控制、滑模控制气体压力的响应时间明显缩短，超调量减小，稳定性良好，解决了PEMFC发动机系统的空气适量供给问题。关键词：燃料电池，空气供给系统，建模与仿真，滑模控制，模糊PID控制武汉理工大学硕士学位论文AbstractDuetodisadvantagesoftraditionalfuelcellsuchasshortlife、pollutiontotheenvironmentandsoon，theresearchonanewfuelcellseemstobeanemerg

5、entsolutiontosatisfytheneedsofprovidingcleansourceforthedevelopmentofmodemsociety,andalsotheresearchonprotonexchangemembranefuelcellsplaysanimportantpartinit．becauseithasthevirtuewhichisunmatchedbymanyothertraditionalfuelcell．PEMFChastheadvantagesofcleanwithou

6、tpollution．producingwaterafterwork，highefficiencyforenergytranslation(upto40％"-'60％inpractice)，steadyworkingcondition．shorttimeforcoolboot．TheenginesystemofPEMFCismadeupofgalvanicpileandauxiliarysystem．Itisakeyfactorwhichthelargewastedoutputofairsupplysystemaf

7、fectstheengine’sefficiency．Whethertheairsupplyissufficientornotwillaffectthetemperatureandlifeofgalvanicpileandreactionrateoffuelandsoon．Soitisnecessaryforustostudytheoptimizingcontrolofairsupplysystemanditisaeffectivemeasureforustodesignandoptimizethecontrolm

8、ethodthoughthemodelandsimulationofthewholesystem．Mainresearchcontentinthearticleasfollow-Firstly,analysesthemodelofPEMFCandthemodelandresearchsolutionsofcontrolofairsupplysystemjnP