利索能及
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专利号: 2021111981472
申请人: 镇江市高等专科学校
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于模型预测控制的燃料电池功率跟踪控制方法,包括以下步骤:A、控制器获取控制目标;

B、数据采集模块向控制器传输控制策略所需数据;

C、控制器建立观测器对燃料电池电堆内部状态进行估测,控制策略中针对燃料电池电堆预先建立非线性状态空间模型;

D、针对预先建立的燃料电池电堆非线性状态空间模型,在工作点对燃料电池电堆非线性状态空间模型进行线性化,再对线性化模型进行离散化;

E、对所设置预测步长内对状态量及输出量进行预测,得到状态量和输出量的预测序列;

F、通过二次规划寻求目标函数最小值,得到控制序列;

G、将控制序列的第一项作为控制信号发送给相应的执行机构;

所述步骤F中,通过二次规划寻求所有预测步长的目标函数之和的最小值,获得空压机控制电压以及电堆电流,所述目标函数如下:式中,

式中, , , 分别为电堆功率,电流以及空压机控制电压的权重, , , 分别为电堆功率,电流,过氧比的参考值;

电堆电流由如下公式计算:

式中,Win为进入电堆的空气流量,χo2,in为阴极进气中氧气分数,F为法拉第常数,Mair为空气摩尔质量,λ为过氧比;

所述非线性状态空间模型为四阶状态空间模型,所述四阶状态空间模型具体为:χ1, χ2, χ3, χ4分别代表燃料电池电堆阴极端氧气分压PO2、氮气分压PN2、空压机转速ωcp、进气歧管分压Psm,u 为控制量;

在目标函数中,将Iref设置为0,则目标函数第一项变为:。

2.按照权利要求1所述的基于模型预测控制的燃料电池功率跟踪控制方法,其特征在于:所述燃料电池电堆非线性状态空间模型的输出为电堆净功率以及过氧比:式中,Pnet为燃料电池电堆净功率,λ为燃料电池电堆阴极过氧比。

3.按照权利要求1或2所述的基于模型预测控制的燃料电池功率跟踪控制方法,其特征在于:所述步骤D中利用动态系统的雅可比矩阵对燃料电池电堆非线性状态空间模型在不同电流工作点进行线性化,得到状态空间方程:式中:

式中,Xo、Uo为当前工作点的状态量及控制量。

4.按照权利要求3所述的基于模型预测控制的燃料电池功率跟踪控制方法,其特征在于:所述步骤D中对燃料电池线性化模型进行离散化,得到:式中:

式中,Ts为采样时间,Xo、Uo为当前工作点的状态量及控制量。

5.按照权利要求4所述的基于模型预测控制的燃料电池功率跟踪控制方法,其特征在于:所述步骤E中所得到的状态量和输出量的预测序列:式中,m为预测步长,k为当前时刻。

6.按照权利要求1、2、4或5所述的基于模型预测控制的燃料电池功率跟踪控制方法,其特征在于:所述步骤F中的二次规划对燃料电池部分参数设置约束,其数值在最大及最小值之间。

7.按照权利要求6所述的基于模型预测控制的燃料电池功率跟踪控制方法,其特征在于:在步骤G中将控制序列第一项作为控制信号发送给相应的执行机构之后,在下一个采样时间重复上述步骤。