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PEMFC输出性能的鲁棒控制
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2009-09-02
贾永世
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根据PEMFC 对温度、湿度两个影响其输出性能重要因素的动态响应特性考察,提出了
较简单的数学模型。由于系统在运行中存在许多摄动及干扰,电池功率输出不稳定的实际情况,使用鲁棒PI 控制器的设计方法,利用线性矩阵不等式,根据解得的控制律对控制输入进行调节,得到了较为理想的电池功率输出效果。
关键词 质子交换膜燃料电池 模型 鲁棒PI 控制 线性矩阵不等式
质子交换膜(简称质子膜)燃料电池(PEMFC)电极为多孔气体扩散电极,以纯铂或碳载铂
作电催化剂，电解质为全氟磺酸型固体聚合物,氢气为燃料,氧气或空气为氧化剂。PEMFC 最有希望成为电动汽车的动力源,从20 世纪80 年代起，包括美国、加拿大、日本等许多发达国家竞相开展PEMFC 的研究工作。
在影响PEMFC 功率输出性能的诸多条件中（化学材料，机械结构等在成品中已无法改
变），膜的良好性能是非常重要的。膜的性能在很大程度上取决于膜的湿度和温度,控制适当的湿度及温度可以显著提高电池的性能,因此研究PEMFC 的状态控制,对提高系统输出性能就具有十分重要的意义。在过去的几年间,提出了许多关于PEMFC 的模型,卫东、曹广益提出了基于神经网络辨识的PEMFC 模型［1］,李伟对各种质子交换膜燃料电池机理模型进行了综述［2］。以上模型均是从电池内部的化学能、热能、流体力学等角度出发,对电池内部的传递现象进行描述,但始终没有给出PEMFC 从外部输入到输出的黑盒模型。本文以氢气、空气为反应气体,全面系统地研究了电池温度、进气湿度对电池的影响。建立以温、湿度为控制输入,带载功率为输出的传递函数模型，并应用鲁棒控制算法得到状态反馈控制律,使系统在一定摄动范围保持稳定,在实验中获得较好输出效果。
较简单的数学模型。由于系统在运行中存在许多摄动及干扰,电池功率输出不稳定的实际情况,使用鲁棒PI 控制器的设计方法,利用线性矩阵不等式,根据解得的控制律对控制输入进行调节,得到了较为理想的电池功率输出效果。
关键词 质子交换膜燃料电池 模型 鲁棒PI 控制 线性矩阵不等式
质子交换膜(简称质子膜)燃料电池(PEMFC)电极为多孔气体扩散电极,以纯铂或碳载铂
作电催化剂，电解质为全氟磺酸型固体聚合物,氢气为燃料,氧气或空气为氧化剂。PEMFC 最有希望成为电动汽车的动力源,从20 世纪80 年代起，包括美国、加拿大、日本等许多发达国家竞相开展PEMFC 的研究工作。
在影响PEMFC 功率输出性能的诸多条件中（化学材料，机械结构等在成品中已无法改
变），膜的良好性能是非常重要的。膜的性能在很大程度上取决于膜的湿度和温度,控制适当的湿度及温度可以显著提高电池的性能,因此研究PEMFC 的状态控制,对提高系统输出性能就具有十分重要的意义。在过去的几年间,提出了许多关于PEMFC 的模型,卫东、曹广益提出了基于神经网络辨识的PEMFC 模型［1］,李伟对各种质子交换膜燃料电池机理模型进行了综述［2］。以上模型均是从电池内部的化学能、热能、流体力学等角度出发,对电池内部的传递现象进行描述,但始终没有给出PEMFC 从外部输入到输出的黑盒模型。本文以氢气、空气为反应气体,全面系统地研究了电池温度、进气湿度对电池的影响。建立以温、湿度为控制输入,带载功率为输出的传递函数模型，并应用鲁棒控制算法得到状态反馈控制律,使系统在一定摄动范围保持稳定,在实验中获得较好输出效果。
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