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《質子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)建模、優(yōu)化與控制》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、上海交通大學博：b學位論文摘要質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，對燃料電池技術的研究引起了廣泛興趣。在許多的商業(yè)領域，都有其應用前景，特別是目前在固定電源和移動電源應用上，取得了長足的進步。這項先進技術的可行性、有效性以及魯棒性依賴于對燃料電池系統(tǒng)獨有的瞬態(tài)特性有深入的了解、預測和控制。本論文著重從復雜系統(tǒng)建模、系統(tǒng)優(yōu)化和控制進行闡述。為了改進質子交換膜燃料電池(PEMFC)的設計和性能，則必須對PEMFC電堆的電氣性能進行深入的研究。由于PEMFC發(fā)電系統(tǒng)本身的復雜性，因此
2、很難獲得PEMFC系統(tǒng)的動態(tài)模型。建立PEMFC電堆的動態(tài)模型是能否實現(xiàn)其動態(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電堆的改進穩(wěn)態(tài)參數模型，此模型是建立面向控制目的的PEMFC動態(tài)模型的基礎，并利用此模型對電堆輸出性能、影響電堆性能的主要操作變量以及電堆的非線性內阻進行了全面的評估。從仿真和測試結果來看，此模型能夠全面有效的評估電堆的穩(wěn)態(tài)性能。2)通常，由于機理模型令人生畏的復雜性，致使模型難以求解，因此，不得不在實際的應用中，對模型進行簡化。但
3、是，由于在建模過程中，進行了假設和近似，因此不管是什么模型，PEMFC模型和實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上海交通大學博士學位論文摘要的PEMFC電堆性能，那么則需要對模型的參數進行優(yōu)化。到目前為止，有關模型參數優(yōu)化這方面的內容相當少，而且已有的電堆優(yōu)化方法也說明得不夠詳細。本論文建立的改進電堆穩(wěn)態(tài)模型既不是高階模型也不是偏微分方程，因此適合進行工程優(yōu)化。本文使用一種混合遺傳算法(HGA)，結合電堆輸出電壓、負載需求電流，陰極和陽極的運行壓力數據，對電堆
4、參數進行了優(yōu)化和確定。計算結果與實驗值非常吻合，表明優(yōu)化參數后的PEMFC模型能夠更好的用于PEMFC穩(wěn)態(tài)性能的估計和研究，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PEMFC電堆在輸出最大功率時，所對應的運行條件進行了優(yōu)化分析。分析結果表明應該區(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，電堆的運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)化設計方法，即
5、使用HGA，確定最優(yōu)的電堆中單電池個數和質子交換膜的面積。結果對電堆設計具有指導意義，同時也表明HGA在電堆優(yōu)化設計中的有效性。3)建立了PEMFC電堆的熱傳輸模型。由于電堆反應生成熱可被認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合成一個仿真模型。最后，通過對電堆熱模型進行簡化，成功建立了完整的電堆動態(tài)模型。4)利用T—S模糊模型辨識方法，在線對建立的電堆動態(tài)模型進行辨識，建立了電堆的動態(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。5)針對PEM
6、FC控制，設計了一種壓力模糊控制器。仿真結果表明模上海交通大學博二}學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。關鍵詞：質子交換膜燃料電池(PEMFC)，發(fā)電系統(tǒng)，改進遺傳算法，參數優(yōu)化，復雜系統(tǒng)建模，模糊辨識，模糊控制上海交通大學博：l：學位論文ABSTRACTMoDELLING，oPTIMIZATIoNANDCoNTRoLONPRoToNEXCHANGEMEMBRANEFUELCELLGENERATIONSYSTE
7、MABSTRACTInrecentyearsagrowinginterestinthemelcelltechnoIogyhaseme唱ed．TherearemanyadVantagesinanumberofmarketareas，whicharecurrentlyunderintensivedevelopmentforbothstationaryandmobileapplications．Theviability，efjFiciency'androbustnessofthistechnology
8、dependonunderstanding，predictingandcontroUingtheuniquetransientbehaViorofthemelcellsystem．ComplexsystemmodeIing，systemoptimizationandcontrolofPEMFCsvstemarefocusedoninthisthesis．InordertoimprovethedesignandtheperfonnanceofaPEMFC，itisnecessarytocarryo
