本文關鍵詞： PEMFC 多種群模糊遺傳算法 分數階建模 分數階PI~λD~μ控制器　出處：《南京理工大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著社會的發(fā)展和人類生活方式的改變,能源短缺及環(huán)境污染已成為困擾人類社會可持續(xù)發(fā)展的重大問題。質子交換膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)作為二十一世紀一種清潔高效的發(fā)電裝置,具有發(fā)電效率高、啟動速度快、噪音污染少、使用壽命長等優(yōu)點,已被廣泛使用。為了更好的提高PEMFC系統(tǒng)輸出性能,在PEMFC建模、優(yōu)化和控制等方面,還有待進一步的研究。本文以空冷型PEMFC為研究對象,針對燃料電池運行過程中所存在的分數階特性,以氫氣流量為輸入、負載電流為擾動建立起了分數階的PEMFC動態(tài)模型,并提出了多種群模糊遺傳算法(multi-population fuzzy genetic algorithm,MPFGA)對模型中的未知參數進行尋優(yōu)。基于辨識后得到的PEMFC分數階模型,利用多種群模糊遺傳算法對其進行分數階PI~λD~μ控制器的設計,使電堆輸出電壓始終保持在最佳工作點附近。仿真結果表明該控制器能有效地控制氫氣流量,使電堆在負載變化時的輸出電壓能一直保持在期望值附近。本論文主要創(chuàng)新點與內容如下:(1)針對分數階系統(tǒng)的求解過程中存在的問題,提出了基于改進Oustaloup濾波器的框圖法。該方法能通過在Simulink中搭建框圖的形式,有效地求解分數階微積分方程。(2)分析PEMFC運行過程中存在的分數階特性,以氫氣流量為輸入、負載電流為擾動,建立起了分數階PEMFC動態(tài)輸出電壓模型。(3)針對分數階PEMFC動態(tài)輸出電壓模型中參數多,整定困難的問題,在遺傳算法的基礎上提出了一種多種群模糊遺傳算法。基于多種群模糊遺傳算法對分數階PEMFC動態(tài)輸出電壓模型進行辨識,將辨識所得到的模型與實際電堆進行比較,結果表明基于該算法辨識后所得到的分數階PEMFC動態(tài)輸出電壓模型能比較精確地描述實際電堆運行狀態(tài)。(4)針對辨識后所得到的分數階PEMFC動態(tài)輸出電壓模型,采用基于多種群模糊遺傳算法設計的分數PI~λD~μ階控制器對其進行控制,使PEMFC輸出電壓在實際運行過程中始終保持在理想電壓點附近。仿真結果表明基于多種群模糊遺傳算法所設計的分數階PI~λD~μ控制器能有效地控制氫氣流量,從而使PEMFC輸出電壓能迅速地達到并且保持在理想電壓值附近。
[Abstract]:With the development of society and the changes of human life style, energy shortage and environmental pollution has become a major problem for the sustainable development of human society. The proton exchange membrane fuel cell (proton exchange membrane fuel cell, PEMFC) in twenty-first Century as a clean and efficient power generation device, has high power generation efficiency, high starting speed, less noise pollution, the advantages of long life, has been widely used. In order to improve the output performance of the system in PEMFC, PEMFC modeling, optimization and control, need to be further studied. In this paper, air cooling type PEMFC as the research object, according to the fractional characteristics of existing operation process of the fuel cell, hydrogen flow rate as input to load current disturbance, establish a dynamic model of PEMFC fractional order, and put forward the fuzzy multi population genetic algorithm (multi-population fuzzy genetic algorithm, MPFGA) Optimization of the unknown parameters in the model. PEMFC fractional order models are obtained after the identification based on the design, using a variety of groups of fractional order PI~ D~ controller of the lambda fuzzy genetic algorithm, the stack output voltage is always maintained at near optimal operating point. The simulation results show that the controller can effectively control the flow of hydrogen the stack, the output voltage when the load changes can be kept near the expected value. The main innovations of this dissertation are as follows: (1) in the solving process for the fractional order system of the problem, this paper proposes an improved Oustaloup filtering method based on the wave diagram. This method can build block diagram in Simulink in the form of effectively solving fractional differential equations. (2) analysis of fractional characteristics of PEMFC during the operation, the hydrogen flow rate as input, load current disturbance, establish the fractional order dynamic output power PEMFC Pressure model. (3) according to the multi parameter fractional PEMFC dynamic output voltage model, setting difficult problem based on genetic algorithm is proposed for multi population genetic algorithm. Fuzzy multiple fuzzy genetic algorithm for dynamic output voltage of the fractional PEMFC model were identified based on the identified model and the actual stack were compared. The results show that the fractional PEMFC output voltage dynamic model obtained based on the algorithm can accurately describe the actual stack operation. (4) the fractional PEMFC dynamic according to the identification of the output voltage model, a multi population genetic algorithm to design the fuzzy fractional PI~. D~ order controller to control the output voltage based on the PEMFC in the actual operation process is always maintained at near ideal point voltage. The simulation results show that the multi population genetic algorithm based on fuzzy design The number order PI~ lambda D~ controller can effectively control the flow of hydrogen, so that the output voltage of the PEMFC can be quickly reached and kept near the ideal voltage value.

【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM911.4

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本文編號：1446262