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1、上海交通大學(xué)博：b學(xué)位論文摘要質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)建模、優(yōu)化與控制摘要近年來，對(duì)燃料電池技術(shù)的研究引起了廣泛興趣。在許多的商業(yè)領(lǐng)域，都有其應(yīng)用前景，特別是目前在固定電源和移動(dòng)電源應(yīng)用上，取得了長足的進(jìn)步。這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的可行性、有效性以及魯棒性依賴于對(duì)燃料電池系統(tǒng)獨(dú)有的瞬態(tài)特性有深入的了解、預(yù)測(cè)和控制。本論文著重從復(fù)雜系統(tǒng)建模、系統(tǒng)優(yōu)化和控制進(jìn)行闡述。為了改進(jìn)質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的設(shè)計(jì)和性能，則必須對(duì)PEMFC電堆的電氣性能進(jìn)行深入的研究。由于PEMFC發(fā)電系統(tǒng)本身的復(fù)雜性，因此
2、很難獲得PEMFC系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型。建立PEMFC電堆的動(dòng)態(tài)模型是能否實(shí)現(xiàn)其動(dòng)態(tài)控制不可回避的步驟。本論文主要研究工作和取得的創(chuàng)新成果如下：1)本文建立了一種PEMFC電堆的改進(jìn)穩(wěn)態(tài)參數(shù)模型，此模型是建立面向控制目的的PEMFC動(dòng)態(tài)模型的基礎(chǔ)，并利用此模型對(duì)電堆輸出性能、影響電堆性能的主要操作變量以及電堆的非線性內(nèi)阻進(jìn)行了全面的評(píng)估。從仿真和測(cè)試結(jié)果來看，此模型能夠全面有效的評(píng)估電堆的穩(wěn)態(tài)性能。2)通常，由于機(jī)理模型令人生畏的復(fù)雜性，致使模型難以求解，因此，不得不在實(shí)際的應(yīng)用中，對(duì)模型進(jìn)行簡化。但
3、是，由于在建模過程中，進(jìn)行了假設(shè)和近似，因此不管是什么模型，PEMFC模型和實(shí)際的電堆性能必然有偏差。為了提高模型的精度，以便模型能夠更好的反映真實(shí)上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文摘要的PEMFC電堆性能，那么則需要對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。到目前為止，有關(guān)模型參數(shù)優(yōu)化這方面的內(nèi)容相當(dāng)少，而且已有的電堆優(yōu)化方法也說明得不夠詳細(xì)。本論文建立的改進(jìn)電堆穩(wěn)態(tài)模型既不是高階模型也不是偏微分方程，因此適合進(jìn)行工程優(yōu)化。本文使用一種混合遺傳算法(HGA)，結(jié)合電堆輸出電壓、負(fù)載需求電流，陰極和陽極的運(yùn)行壓力數(shù)據(jù)，對(duì)電堆
4、參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化和確定。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值非常吻合，表明優(yōu)化參數(shù)后的PEMFC模型能夠更好的用于PEMFC穩(wěn)態(tài)性能的估計(jì)和研究，它比以往的PEMFC電堆穩(wěn)態(tài)模型具有更廣的適用性。使用HGA對(duì)PEMFC電堆在輸出最大功率時(shí)，所對(duì)應(yīng)的運(yùn)行條件進(jìn)行了優(yōu)化分析。分析結(jié)果表明應(yīng)該區(qū)分不同的工作壓力區(qū)間考慮電堆輸出的最大功率。在工作壓力高壓區(qū)，電堆的運(yùn)行溫度越高，電堆越能夠提供最大功率；在工作壓力低壓區(qū)，在電堆提供最大功率的工作點(diǎn)，電堆的運(yùn)行溫度和電堆輸出電流并不是最大。另外，文中提出了一種電堆優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，即
5、使用HGA，確定最優(yōu)的電堆中單電池個(gè)數(shù)和質(zhì)子交換膜的面積。結(jié)果對(duì)電堆設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義，同時(shí)也表明HGA在電堆優(yōu)化設(shè)計(jì)中的有效性。3)建立了PEMFC電堆的熱傳輸模型。由于電堆反應(yīng)生成熱可被認(rèn)為是電堆的功率損失，因此使得電堆的熱模型和電輸出特性模型能夠結(jié)合成一個(gè)仿真模型。最后，通過對(duì)電堆熱模型進(jìn)行簡化，成功建立了完整的電堆動(dòng)態(tài)模型。4)利用T—S模糊模型辨識(shí)方法，在線對(duì)建立的電堆動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行辨識(shí)，建立了電堆的動(dòng)態(tài)模糊模型。此模型是PEMFC電堆控制中，基于模糊模型控制方法研究的基礎(chǔ)。5)針對(duì)PEM
6、FC控制，設(shè)計(jì)了一種壓力模糊控制器。仿真結(jié)果表明模上海交通大學(xué)博二}學(xué)位論文摘要糊控制器的性能要優(yōu)于常規(guī)PID控制器，在PEMFC控制應(yīng)用中，可以成為代替常規(guī)PID控制器的一種有效控制手段。關(guān)鍵詞：質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)，發(fā)電系統(tǒng)，改進(jìn)遺傳算法，參數(shù)優(yōu)化，復(fù)雜系統(tǒng)建模，模糊辨識(shí)，模糊控制上海交通大學(xué)博：l：學(xué)位論文ABSTRACTMoDELLING，oPTIMIZATIoNANDCoNTRoLONPRoToNEXCHANGEMEMBRANEFUELCELLGENERATIONSYSTE
7、MABSTRACTInrecentyearsagrowinginterestinthemelcelltechnoIogyhaseme唱ed．TherearemanyadVantagesinanumberofmarketareas，whicharecurrentlyunderintensivedevelopmentforbothstationaryandmobileapplications．Theviability，efjFiciency'androbustnessofthistechnology
8、dependonunderstanding，predictingandcontroUingtheuniquetransientbehaViorofthemelcellsystem．ComplexsystemmodeIing，systemoptimizationandcontrolofPEMFCsvstemarefocusedoninthisthesis．InordertoimprovethedesignandtheperfonnanceofaPEMFC，itisnecessarytocarryo
