[发明专利]具有解耦性能的燃料电池抗干扰控制方法

摘要

本发明公开了具有快速、安全、解耦性能的燃料电池抗干扰控制方法，针对固体氧化物燃料电池的负载干扰频繁，且系统本身响应慢、易故障、耦合强的特点，分别通过扩增状态观测、设置运行约束及多变量预测控制算法，实现对固体氧化物燃料电池的优化控制。通过扩增扰动状态的预测模型，处理燃料电池负载扰动响应缓慢的问题；设置进气阀门限幅限速以及合理燃料利用率的运行约束，有效防止阀门故障及电池缺气；针对燃料利用率和输出电压强耦合的特性，采用多变量预测控制算法，在动态优化过程中实现解耦目的。本发明提出的控制方法能够精准优化氢气和空气进气量，快速抑制负载扰动对输出电压的影响，提高燃料利用率，同时保证阀门和燃料电池的安全运行。

主权项

具有快速、安全、解耦性能的燃料电池抗干扰控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，获取燃料电池的阶跃响应模型，在稳态工况下，分别对氢气流量、空气流量、负载电阻基于平衡点做阶跃响应试验，辨识得到各自对应的传递函数，根据传递函数构建带有扰动项的增广状态空间模型；步骤2，设置燃料电池控制器的相关参数，包括采样周期、预测时域、控制时域、误差权矩阵、控制权矩阵；并采用增广状态空间模型对燃料电池控制器未来预测时域范围内的状态量、输出量、控制增量、扰动增量进行预测；步骤3，设置燃料电池控制器控制量、控制增量、被控量的区间约束；步骤4，将稳态工况下测得的燃料电池控制器实际输出值作为当前时刻的初始预测值，对控制器进行初始化；步骤5，根据区间约束和增广状态空间模型，构建使燃料电池控制器性能指标最小的优化问题，并求解该优化问题，得到下一时刻的最优控制增量；步骤6，根据下一时刻的最优控制增量计算下一时刻氢气流量、空气流量的最优控制量；步骤7，根据当前时刻的实际输出值计算并更新下一时刻的输出预测值，在采样周期内重复执行步骤4至步骤7。