本文關鍵詞：質(zhì)子交換膜燃料電池建模與控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)具有發(fā)電效率高、操作方便、清潔無污染等特點,被嘗試應用于混合動力汽車、混合能源系統(tǒng)、智能微電網(wǎng)和可移動存儲設備中,應用前景廣泛,研究意義很大。本文首先簡要介紹了燃料電池的基本原理和分類,對燃料電池的優(yōu)缺點進行總結,并在此基礎上分析了PEMFC的基本組成和工作原理,綜述了其在建模和控制方面的研究現(xiàn)狀。其次基于PEMFC電化學反應中涉及的電化學機理、質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律等,建立了其電化學穩(wěn)態(tài)模型、雙電層電容動態(tài)模型和熱模型,并在MATLAB/SIMULINK軟件中進行仿真研究,主要包含隨負載電流變化系統(tǒng)輸出電壓、功率和效率的響應;內(nèi)部環(huán)境溫度、陰極陽極壓力和膜的含水量等因素對其輸出電壓的影響;負載電流的變化對系統(tǒng)內(nèi)部溫度的影響。然后考慮到PEMFC建模中涉及的模型參數(shù)的不確定性,分別利用權重線性下降的粒子群算法、差分進化算法、遺傳算法對PEMFC建模中涉及九個不確定的參數(shù)進行優(yōu)化,結果表明:權重線性下降的粒子群算法優(yōu)化效果最好,同時也驗證了所建立穩(wěn)態(tài)模型和動態(tài)模型的準確性。最后針對PEMFC在實際應用中經(jīng)常出現(xiàn)輸出電壓不穩(wěn)定的問題,基于PEMFC的動態(tài)模型設計自適應模糊PID控制器控制輸出電壓,通過改變?nèi)肟跉錃獾牧髁縼黹g接改變氫氣的壓力,最終實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定,仿真結果表明:PEMFC的自適應模糊PID控制系統(tǒng)超調(diào)量小、響應速度快。
【關鍵詞】：質(zhì)子交換膜燃料電池 建模 智能優(yōu)化算法 自適應模糊PID控制
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM911.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 1 緒論11-24
• 1.1 研究背景和意義11
• 1.2 燃料電池技術11-15
• 1.2.1 燃料電池基本原理和分類11-12
• 1.2.2 燃料電池的優(yōu)點及其存在的問題12-14
• 1.2.3 質(zhì)子交換膜燃料電池原理和組成14-15
• 1.3 質(zhì)子交換膜燃料電池的建模研究現(xiàn)狀15-20
• 1.4 質(zhì)子交換膜燃料電池的控制研究現(xiàn)狀20-22
• 1.5 本文的研究內(nèi)容22-24
• 2 PEMFC建模24-40
• 2.1 引言24-25
• 2.2 PEMFC電化學穩(wěn)態(tài)模型25-28
• 2.2.1 熱力學電動勢25
• 2.2.2 活化極化過電壓25-26
• 2.2.3 歐姆極化過電壓26-27
• 2.2.4 濃差極化過電壓27-28
• 2.2.5 輸出電壓28
• 2.3 PEMFC模型參數(shù)優(yōu)化28-37
• 2.3.1 粒子群優(yōu)化算法29-31
• 2.3.2 差分進化優(yōu)化算法和遺傳優(yōu)化算法31-32
• 2.3.3 優(yōu)化算法在PEMFC電化學穩(wěn)態(tài)模型中的實現(xiàn)32-37
• 2.4 PEMFC雙電層電容動態(tài)模型37-38
• 2.5 熱模型38-39
• 2.6 本章小結39-40
• 3 PEMFC輸出電壓影響因素分析及其模型仿真40-51
• 3.1 引言40
• 3.2 PEMFC輸出電壓影響因素分析40-41
• 3.3 PEMFC模型仿真與驗證41-50
• 3.3.1 PEMFC穩(wěn)態(tài)模型仿真結果分析41-47
• 3.3.2 PEMFC動態(tài)模型仿真結果分析47-50
• 3.4 本章小結50-51
• 4 PEMFC輸出電壓控制策略研究51-66
• 4.1 引言51-52
• 4.2 模糊控制基本理論52-54
• 4.2.1 模糊控制的基本思想52-53
• 4.2.2 模糊控制的基本原理53-54
• 4.3 PEMFC的自適應模糊PID控制器設計與仿真分析54-65
• 4.3.1 PMEFC自適應模糊PID控制器的控制方案54-55
• 4.3.2 PMEFC自適應模糊PID控制器的設計55-60
• 4.3.3 PMEFC自適應模糊PID控制系統(tǒng)仿真與分析60-65
• 4.4 本章小結65-66
• 5 總結與展望66-68
• 5.1 總結66
• 5.2 展望66-68
• 參考文獻68-72
• 致謝72-73
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果73

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本文編號：457009