本文關(guān)鍵詞： PEMFC 多種群模糊遺傳算法 分?jǐn)?shù)階建模 分?jǐn)?shù)階PI~λD~μ控制器　出處：《南京理工大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著社會(huì)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(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大問題。質(zhì)子交換膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)作為二十一世紀(jì)一種清潔高效的發(fā)電裝置,具有發(fā)電效率高、啟動(dòng)速度快、噪音污染少、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),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(jìn)一步的研究。本文以空冷型PEMFC為研究對(duì)象,針對(duì)燃料電池運(yùn)行過程中所存在的分?jǐn)?shù)階特性,以氫氣流量為輸入、負(fù)載電流為擾動(dòng)建立起了分?jǐn)?shù)階的PEMFC動(dòng)態(tài)模型,并提出了多種群模糊遺傳算法(multi-population fuzzy genetic algorithm,MPFGA)對(duì)模型中的未知參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)�；诒孀R(shí)后得到的PEMFC分?jǐn)?shù)階模型,利用多種群模糊遺傳算法對(duì)其進(jìn)行分?jǐn)?shù)階PI~λD~μ控制器的設(shè)計(jì),使電堆輸出電壓始終保持在最佳工作點(diǎn)附近。仿真結(jié)果表明該控制器能有效地控制氫氣流量,使電堆在負(fù)載變化時(shí)的輸出電壓能一直保持在期望值附近。本論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)與內(nèi)容如下:(1)針對(duì)分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)的求解過程中存在的問題,提出了基于改進(jìn)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?jǐn)?shù)階微積分方程。(2)分析PEMFC運(yùn)行過程中存在的分?jǐn)?shù)階特性,以氫氣流量為輸入、負(fù)載電流為擾動(dòng),建立起了分?jǐn)?shù)階PEMFC動(dòng)態(tài)輸出電壓模型。(3)針對(duì)分?jǐn)?shù)階PEMFC動(dòng)態(tài)輸出電壓模型中參數(shù)多,整定困難的問題,在遺傳算法的基礎(chǔ)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(duì)分?jǐn)?shù)階PEMFC動(dòng)態(tài)輸出電壓模型進(jìn)行辨識(shí),將辨識(shí)所得到的模型與實(shí)際電堆進(jìn)行比較,結(jié)果表明基于該算法辨識(shí)后所得到的分?jǐn)?shù)階PEMFC動(dòng)態(tài)輸出電壓模型能比較精確地描述實(shí)際電堆運(yùn)行狀態(tài)。(4)針對(duì)辨識(shí)后所得到的分?jǐn)?shù)階PEMFC動(dòng)態(tài)輸出電壓模型,采用基于多種群模糊遺傳算法設(shè)計(jì)的分?jǐn)?shù)PI~λD~μ階控制器對(duì)其進(jìn)行控制,使PEMFC輸出電壓在實(shí)際運(yùn)行過程中始終保持在理想電壓點(diǎn)附近。仿真結(jié)果表明基于多種群模糊遺傳算法所設(shè)計(jì)的分?jǐn)?shù)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(dá)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(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM911.4

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