[发明专利]一种燃料电池空气系统的解耦控制方法和系统

说明书

本发明涉及一种燃料电池空气系统的解耦控制方法和系统，包括以下步骤：对空气参数进行辨识计算，生成解耦控制矩阵的增益系数和时间系数，空气参数为试验测试得到的输入变量和输出变量；根据带控制量的自回归滑动平均模型生成空气参数控制回路中的输入与输出参数模型；将解耦控制矩阵的增益系数和时间系数带入所述空气参数控制回路中的输入与输出参数模型，生成系统传递函数关系矩阵；对系统传递函数关系矩阵进行解耦处理，生成解耦控制矩阵，根据解耦控制矩阵设计解耦控制器。本发明提供一种能够使燃料电池空气系统中的耦合性强的参数可以相对独立控制的方法，即解耦控制，实现实时在线运行，更有利于整个系统的稳定运行。

技术领域

本发明涉及解耦控制领域，尤其涉及一种燃料电池空气系统的解耦控制方法和系统。

背景技术

随着燃料电池的市场化，众多燃料电池应用如燃料电池汽车、燃料电池电源、燃料电池中小型发电站等纷纷出现。在环境和能源成为全球共同关心的问题的背景下，燃料电池汽车是未来能源技术的重要发展方向。质子交换膜燃料电池能量转换率高、启动快、寿命长、比功率与比能量高等优点，其反应消耗氢气和氧气，只产生水和热，不污染然环境。世界各大汽车厂商及研发机构都认为具有高效率、零排放优点的燃料电池汽车将具有广阔的发展前景。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为燃料电池汽车应用最广泛的能量供应源，需要降低质量、减小体积，提高功率密度。对燃料电池系统的阴极供给充足的氧气是决定燃料电池系统使用寿命和提高系统性能及效率的关键。研究表明，燃料电池在增加压力的状态下工作时，可以减小活化损失和质量传递过程的损失，提高催化剂活性，是燃料电池电堆内部的物理参数均匀分布。因此，为了提高燃料电池系统的性能和净输出功率，有必要提高燃料电池系统的供气压力。然而在压力提高的同时，需要增加许多附加装置来提供燃料电池所需的高压空气，而且燃料电池系统的空气参数是强耦合、时变、非线性的变量，燃料电系统在运行时其空气压力和空气流量相互关联、相互影响，使得系统控制过程非常复杂。因此，需要一种控制算法燃对料电池空气回路的空气参数进行有效的解耦控制。

发明内容

本发明提供了一种燃料电池空气系统的解耦控制方法和系统，解决了燃料电池系统的空气参数是强耦合、时变、非线性的变量，燃料电系统在运行时其空气压力和空气流量相互关联、相互影响，使得系统控制过程非常复杂的问题。

本发明为解决其技术问题，提供了一种燃料电池空气系统的解耦控制方法，包括以下步骤：

S1、对空气参数进行辨识计算，生成解耦控制矩阵的增益系数和时间系数，所述空气参数为试验测试得到的输入变量和输出变量；

S2、根据带控制量的自回归滑动平均模型生成空气参数控制回路中的输入与输出参数模型；将所述解耦控制矩阵的增益系数和时间系数带入所述空气参数控制回路中的输入与输出参数模型，生成系统传递函数关系矩阵；

S3、对所述系统传递函数关系矩阵进行解耦处理，生成解耦控制矩阵，根据所述解耦控制矩阵设计解耦控制器。

进一步的，本发明的一种燃料电池空气系统的解耦控制方法，步骤S2中所述系统传递函数关系矩阵具体公式为：

其中，y1为空气流量输出值，y2为空气压力输出值；u1为空压机转速，u2为背压阀开度；b₁₁,b₁₂,b₂₁,b₂₂为解耦控制矩阵的增益系数；a₁₁，a₁₂,a₂₁,a₂₂为解耦控制矩阵的时间系数；s为拉普拉斯算子。

进一步的，本发明的一种燃料电池空气系统的解耦控制方法，步骤S3中所述解耦控制矩阵具体公式为：