质子交换膜燃料电池系统建模及控制方法的研究与实现

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1、中图分类号：V448.25+3论文编号：143122306学科分类号：510.8060密级：天津理工大学研究生学位论文质子交换膜燃料电池系统建模及控制方法的研究与实现（申请硕士学位）一级学科：控制科学与工程学科专业：控制理论与控制工程研究方向：电池管理系统作者姓名：李鸿鹏指导教师：董超副研究员2017年2月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeResearchandRealizationofPEMFCSystemModelingandControlMeth

2、odByLiHongpengSupervisorDongChaoFeb.2017独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成杲,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得天津理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名:犭眦签字日期:b!7年∑月日牛邺学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津理工大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津理工大学可以将学

3、位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编,以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名:∈h扬蚱签字日期:'丨7年)月冫日签字日期:·~丿冫日肛1年2月丫摘要随着环境与能源问题日益加剧，清洁、高效、安全、环保的新能源已成为未来能源发展的必然趋势，而以氢氧为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)逐渐进入了人们的视野。在PEMFC系统研究过程中，PEMFC输出电压的稳定性和可靠性是评价系统性能的重要指标；由于PEMFC内部参

4、数较多，不易控制，需要选取一个不依赖模型就能对其精确控制的控制器。因此本文提出了一种基于自抗扰控制(ADRC)的质子交换膜燃料电池控制系统优化方案，主要内容包括：1.通过查阅相关文献，对PEMFC工作原理、PEMFC发电系统各组成部分及其关键技术进行了简要概述。2.基于燃料电池的电化学理论，建立了质子交换膜燃料电池的动态模型，并通过Matlab/Simulink进行仿真，研究燃料电池的动态特性，并验证了该模型可行。3.通过查阅学习相关文献和资料，对自抗扰控制进行了研究，对自抗扰控制器的组成及各模块算法进行了深入研究，并根据经典自抗扰算法的不足提出了

5、优化的一阶自抗扰控制算法及其参数整定的方法。4.基于PEMFC的动态模型，利用ADRC对输出电压进行了控制，并与PID、模糊PID控制进行了对比研究，在Simulink环境下对三种控制算法进行仿真。实验结果表明：建立的模型能够很好地反映电池的动态性能，自抗扰控制对PEMFC输出电压的控制效果更优，保证系统稳定运行。通过仿真可以节约时间和成本，为搭建燃料电池控制系统提供理论参考。关键词：质子交换膜燃料电池动态模型自抗扰控制器电压控制AbstractWiththeincreasingenvironmentalandenergyproblems,newe

6、nergywhichisclean,efficient,safe,environmentallyfriendlyhasbecometheinevitabletrendoffutureenergydevelopment,soprotonexchangemembranefuelcellwithhydrogenandoxygenasfuelhasgraduallyenteredthefieldofvision.InthePEMFCsystemresearchprocess,thestabilityandreliabilityofPEMFCoutputvo

7、ltageisoneofimportantindexestoevaluatethesystemperformance.AsPEMFCinternalparametersaretoomuchtocontroleasily,soweneedtoselectacontrollerwhichdoesn’tdependonthemodel.Therefore,thispaperpresentsanoptimizationschemeofPEMFCcontrolsystembasedonActiveDisturbanceRejectionControl.The

8、maincontentsinclude:1.Itoverviewsbrieflytheworkingprincipleof