本文關(guān)鍵詞：PEMFC分數(shù)階狀態(tài)空間建模與自適應(yīng)控制研究　出處：《南京理工大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：燃料電池由于其環(huán)保、高效、低噪聲等突出特點,正被越來越廣泛的應(yīng)用于新能源汽車、分布式電站等方面。質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)更是憑借其在響應(yīng)速度、能源利用效率和碳排放等諸多方面的獨特優(yōu)勢,成為一類極具發(fā)展前景的新能源發(fā)電方式。先進的質(zhì)子交換膜燃料電池建模與控制技術(shù)作為PEMFC研究的重點方向之一,對于深入的理解PEMFC具體發(fā)電過程,提高發(fā)電系統(tǒng)整體性能具有十分重要的意義。對PEMFC的相關(guān)研究表明,其反應(yīng)過程中存在的氣體擴散、熱傳導(dǎo)等過程均具有分數(shù)階特性。本文依據(jù)對PEMFC的反應(yīng)過程所存在分數(shù)階特性的最新研究成果,將分數(shù)階微積分理論應(yīng)用于系統(tǒng)建模與控制,辨識獲取分數(shù)階形式的PEMFC狀態(tài)空間模型。同時應(yīng)用分數(shù)階Lyapunov穩(wěn)定理論,結(jié)合辨識所得PEMFC分數(shù)階狀態(tài)空間模型,設(shè)計可用于具體PEMFC對象的分數(shù)階模型參考自適應(yīng)控制器(Model Reference Adaptive Control,MRAC)。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)研究了 PEMFC分數(shù)階狀態(tài)空間模型的經(jīng)驗建模方法。結(jié)合函數(shù)濾波與矩陣斜投影理論,將整數(shù)階不確定系統(tǒng)的子空間辨識方法,向分數(shù)階領(lǐng)域做了推廣。通過與實際電堆輸出電壓數(shù)據(jù)的對比,證明改進后的分數(shù)階子空間辨識算法可以較為理想的對PEMFC這類典型的不確定分數(shù)階系統(tǒng)進行辨識。(2)根據(jù)分數(shù)階李雅普諾夫穩(wěn)定定理,針對一般分數(shù)階狀態(tài)空間模型,提出一種基于分數(shù)階不等式的新型自適應(yīng)律設(shè)計方法。分別推導(dǎo)得到基于狀態(tài)變量與系統(tǒng)輸出誤差的分數(shù)階模型參考自適應(yīng)律,并證明了所設(shè)計控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明,所設(shè)計的分數(shù)階模型參考自適應(yīng)控制器相較于整數(shù)階控制器可以顯著提升系統(tǒng)反應(yīng)速度、減小穩(wěn)態(tài)誤差;對控制系統(tǒng)動、靜態(tài)性能的提升都有較為明顯的幫助。(3)針對具體的PEMFC對象,結(jié)合分數(shù)階子空間辨識算法(Subspace model identification,SMI)和自適應(yīng)律推導(dǎo)過程,設(shè)計了一種適用于PEMFC發(fā)電系統(tǒng)的分數(shù)階模型參考自適應(yīng)控制器。在分數(shù)階領(lǐng)域,對燃料電池輸出電特性的經(jīng)驗建模與自適應(yīng)控制方法進行了研究。同時針對PEMFC系統(tǒng)不同階段工作狀態(tài)與負載變化情況,對比驗證分數(shù)階模型參考自適應(yīng)控制器控制效果。仿真結(jié)果表明,所設(shè)計的分數(shù)階MRAC控制器可以使燃料電池系統(tǒng)在啟動階段更快的達到穩(wěn)定輸出。并且在負載變化時,控制器也可以更加迅速的調(diào)整電堆輸出以適應(yīng)負載的變化。
【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

【參考文獻】

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1 游志宇;陳維榮;彭峗;李奇;;大功率空冷自增濕PEMFC溫度控制方法[J];西南交通大學學報;2015年01期

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本文編號：1330944