[发明专利]基于最优过氧比的质子交换膜燃料电池系统二自由度控制方法

摘要

本发明公开了一种基于最优过氧比(OER)的质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统二自由度控制方法(2DOF)，该控制方法是将H∞次优输出反馈控制方法(HSFC)与前馈控制方法(FFC)相结合，通过两种方法的双重功能处理被控变量，其中H∞次优控制问题采用线性矩阵不等式(LMI)方法求解，FFC采用基于范德蒙矩阵QR分解的多项式拟合技术进行设计。该控制方法能够在大负载电流突变、参数摄动、环境干扰噪声影响下，跟踪系统最优OER轨迹，减少系统寄生功耗，提高系统净输出功率，而且该方法鲁棒性好，伺服控制行为合理，保证了系统最优OER和最大净输出功率。

主权项

一种基于最优过氧比的质子交换膜燃料电池系统二自由度控制方法，将H∞次优输出反馈控制方法HSFC与前馈控制方法FFC相结合实现2DOF控制，A、基于PEMFC系统的最优OER分析定义OER为阴极入口供应的氧气质量流量FO2，in与所消耗的氧气质量流量FO2，ret之比： OER = F O 2 , in F O 2 , ret ; B、H∞次优输出反馈控制方法HSFC，首先根据不同负载电流Ist条件下的最优OER，设计参考信号调节器，为HSFC提供空气压缩机的最优流量参考信号，通过将该最优流量参考信号与采集到的PEMFC系统入口实际空气流量比较，计算误差信号e(t)作为HSFC的反馈输入量；根据加权函数设计规则，设计频域加权函数Ws(s)、Wr(s)和Wt(s)，与被控对象一起构成增广系统P(s)；再通过上分式变换，将H∞混合灵敏度问题进一步转换为标准H∞控制问题，求解H∞次优控制问题，对次优控制器K(s)的输出控制量vcm，H进行求解；C、前馈控制方法FFC，利用被控变量vcm与Ist的函数关系可以设计出有效的FFC；采用实验测试的方法确定最优空气压缩机电压vcm，op与Ist之间的函数关系，通过最优非线性关系图，确定如下形式的函数关系：vcm，op＝f1(Ist)求解输出控制量vcm，op；D、最后，将HSFC和FFC的输出控制量叠加，实现2DOF控制，即将HSFC的输出控制量vcm，H和FFC的输出控制量vcm，op直接相加：vcm＝vcm，H+vcm，op，作为空气压缩机输入控制电压vcm控制压缩机实际 工作以保证系统工作在系统的最大净输出功率Pnet的同时避免进入氧匮乏区域。