[发明专利]一种质子交换膜燃料电池变遗忘因子递推子空间辨识方法

说明书

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池变遗忘因子递推子空间辨识方法，选择辨识模型的输入和输出变量，在PEMFC测控平台上采集实验数据；构造当前时刻输入输出数据的Hankel矩阵，利用子空间辨识方法，求解当前时刻的子空间预估器模型；构造下一时刻输入输出数据的Hankel矩阵，利用当前时刻的子空间预估器模型，求解下一时刻的预测输出；根据PEMFC加入的控制动作，确定下一时刻的实际输出数据，计算实际输出和预测输出的输出预测误差，若大于容许误差，则利用递推子空间辨识算法更新解子空间预估器模型，否则不更新模型。本发明采用子空间辨识算法，无需电堆模型先验知识，模型参数少，辨识速度快；加入变遗忘因子的递推算法，可对模型参数实时地在线校正并更新。

技术领域

本发明属于工业控制领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池变遗忘因子递推子空间辨识方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将氢气化学能直接转化为电能的发电装置，具有启动温度低、可靠性高、功率密度大、响应速度快、单元模块化等突出优点，在新能源领域扮演着越来越重要的角色。PEMFC是一个多变量、强耦合、时变的复杂系统，为了提高PEMFC的发电性能，需要对PEMFC发电过程中的电特性进行控制，其首要任务就是对PEMFC的电特性进行实时地精确建模，采用的建模方法要不仅能精确描述其动态特性，而且能实时地在线更新模型。

现有的燃料电池建模方法主要集中在机理建模方面，通过能量守恒定律、电化学反应方程等物理化学原理对电堆静态/动态、电特性/温度进行建模，但是存在以下几个主要问题：

1)需要对电堆工作机理有较为清楚的了解，需要大量的先验知识。

2)建模过程复杂，且需要确定大量的模型参数。

3)需做诸多条件假设，其结果可能与实际运行状态存在较大的差异。

4)模型不能做到在线实时更新，不满足燃料电池的时变特性。

为了克服以上问题，许多学者对燃料电池的建模方法进行了相关研究。尹良震,李奇,洪志湖,etal.PEMFC发电系统FFRLS在线辨识和实时最优温度广义预测控制方法[J].中国电机工程学报,2017(11):169-181+324.研究了PEMFC工作温度对输出电压的影响，采用基于带遗忘因子的递推最小二乘法对PEMFC系统的温度进行建模和在线校正，但该模型只考虑了工作温度对输出性能的影响，忽略了影响其输出性能的多个参变量之间的耦合关系，对PEMFC系统的多变量问题考虑不足。Buchholz M,Eswein M,Krebs V.Modelling PEMfuel cell stacks for FDI using linear subspace identification[C].IEEEInternational Conference on Control Applications.IEEE,2008:341-346.将基于典型变量分析(CVA)的子空间辨识方法对用于燃料电池汽车电堆进行了建模并运用于电堆故障检测，但其模型是离线辨识的且无法对模型进行在线校正更新，这忽略了PEMFC具有的时变特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种质子交换膜燃料电池变遗忘因子递推子空间辨识方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种质子交换膜燃料电池变遗忘因子递推子空间辨识方法，包括如下步骤：

步骤1，选择辨识模型的输入和输出变量，在PEMFC测控平台上采集实验数据；

步骤2，构造当前时刻输入输出数据的Hankel矩阵，利用子空间辨识方法，求解当前时刻的子空间预估器模型；

步骤3，构造下一时刻输入输出数据的Hankel矩阵，利用当前时刻的子空间预估器模型，求解下一时刻的预测输出；