[发明专利]基于最大净功率策略的质子交换膜燃料电池空气供应系统控制

权利要求书

1.基于最大净功率策略的质子交换膜燃料电池空气供应系统控制,分析质子交换膜燃料电池PEMFC系统最大净输出功率的最优化特征和优化求解“最优运行条件”:

首先，根据1.2kW Nexa PEMFC系统的试验测试数据，分析基于电堆运行温度、OER和负载电流之间的净输出功率最优化特征，建立多维曲面模型；然后，根据分析结果，总结出电堆运行温度T_st和OER的最优化运行边界条件，提出不同负载电流下的“最优运行条件”约束范围；最后，根据“最优运行条件”约束范围，建立“最优运行条件”目标函数，并采用一种基于有效信息的自适应粒子群优化算法求解“最优运行条件”[OER^*,T_st^*,I_net]。

2.一种基于最大净功率策略的质子交换膜燃料电池空气供应系统控制，实现系统净功率的最大化输出，包括以下的手段：

A、基于改进隐式广义预测自校正控制IGPC的空气供应控制系统，采用滚动优化，反复在线对控制目标函数F在每个时刻进行优化，并根据并列预测器参数矩阵G，设计最优控制律；同时，在设计目标函数F时引入柔化控制参考轨迹w，具体形式如下：

F=Σj=1n[y(k+j)-w(k+j)]2+Σj=1mλ[Δu(k+j-1)]2---(1)]]>

其中，n是最大预测长度，m是控制长度，λ是控制加权系数，w是柔化控制参考轨迹，表示如下：

w(k+j)=α^jy(k)+(1-α^j)y_r    （2）

其中，α是柔化系数，y_r是最优参考轨迹；

B、参考调节器通过计算在某个运行工况下的系统净输出电流I_net，得到最优参考U^*输出，再与实际采集到的电堆运行温度T_st和OER值一起作为改进隐式广义预测自校正控制器IGPC的输入量；最优参考U^*与OER^*、T_st^*和I_net表示为如下函数关系：

U*=f(OER*,Tst*,Inet)---(3)]]>

然后通过反馈校正，修正预测的不确定性，提高系统鲁棒性；最后，获得改进隐式广义预测自校正控制器IGPC的输出控制量，该控制量是后续空气压缩机系统的控制电压和散热器风机的控制电压；

C、IGPC是根据不同负载电流下的“最优运行条件”约束范围，在滚动优化时采用基于有效信息的自适应粒子群优化算法求解有约束的最优预测控制律。