空冷自增湿PEMFC测试平台设计

为便于对空冷自增湿质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能测试及控制算法设计,基于工控机、Lab VIEW及USB数据采集模块设计了一种通用开放式空冷自增湿PEMFC测试平台,用于对空冷自增湿PEMFC性能测试及控制算法设计与验证。测试平台通过USB数据采集模块采集PEMFC电堆的温度、输出电流、输出电压等参数,实时显示电堆当前状态参数曲线,并输出相应控制信号控制电堆稳定运行。经实验验证,该测试平台运行可靠,监控性能良好,实用性强,为研究空冷自增湿PEMFC的性能与控制算法设计提供了开放式测试平台,具有很高的实用价值。     

基于PLC和LabVIEW的燃料电池测试系统设计

针对开展空冷燃料电池多环境变量优化研究的需要,基于西门子S7-1200系列PLC和监控软件设计平台LabVIEW,构建了空冷自增湿质子交换膜燃料电池(PEMFC)测试系统。该系统以PLC为底层控制单元,LabVIEW监控程序为主监控单元,通过ModbusTCP/IP和Modbus串口协议实现设备间数据通信与控制交互,底层控制单元将传感器采集的各项燃料电池运行特征参数上传、分析并记录。在此基础上,充分考虑空冷型PEMFC对时序和控制操作的敏感性要求,实现对燃料电池启停时序控制、阳极排气控制和温度控制等。此外,系统能够根据实际运行状态在线调整运行参数并且图形化的人机交互界面可实时显示并记录系统运行状态,包括故障和报警信息等。经实验验证,该测试系统运行可靠,监控性能良好,实用性强,能够用于空冷自增湿型PEMFC的实验研究。     

基于灰色预测的空冷型PEMFC发电系统实时最优温度无模型自适应控制

空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统的输出性能受工作温度、气体流速、尾气排放间隔等操作参数的影响,其中工作温度是影响输出性能的关键因素。针对空冷型PEMFC发电系统温度控制所具有的非线性、时滞、慢时变等复杂特性,提出基于灰色预测的无模型自适应控制方法实现实时最优温度控制。该方法将灰色预测的结果代替发电系统当前工作温度测量值。实验结果表明:所提方法能够在不同负载条件下实现对发电系统最优温度进行实时跟踪。与增量式PID控制相比,所提方法有效减小了系统的超调,使发电系统输出功率更平稳,有利于发电系统的长期稳定运行,延长电堆的使用寿命。且所提方法仅根据PEMFC输入输出数据在线对控制器进行调整,对PEMFC参数不敏感,可应用于类似空冷型PEMFC发电系统。     

PEMFC发电系统FFRLS在线辨识和实时最优温度广义预测控制方法

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)发电系统是21世纪最有前景的发电技术之一。针对空冷型PEMFC发电系统工作温度对输出性能影响问题,该文通过理论分析和实验手段研究发电系统输出性能的最优特性。根据空冷型PEMFC发电系统温度控制对象所具有的非线性、迟滞、时变等特点,提出基于FFRLS在线辨识的PEMFC发电系统实时最优温度广义预测控制。其中,FFRLS在线辨识算法用于对非线性控制对象进行建模和在线校正。在搭建的空冷型PEMFC测控实验平台上,通过实验研究控制器参数对于系统性能的影响。阶跃响应实验结果表明:提出的控制方法能够在不同负载条件下实现对电堆最优温度进行实时跟踪。与常规PID控制比较,系统的超调量减少了约32.3%,发电系统输出功率更平稳,有利于发电系统的长期稳定运行,延长电堆的使用寿命。     

基于LS-SVM辨识的PEMFC动态建模及仿真

为便于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的动态仿真和控制方案的设计,试图绕开PEMFC的内部复杂性,基于最小二乘支持向量机(LS-SVM),在质子交换膜100%增湿情况下,建立PEMFC输出电压与温度特性的动态模型。模型以负载电流为输入,以PEMFC电堆的输出电压与温度为输出。通过MATLAB仿真对所建LS-SVM辨识模型的有效性和精度进行检验。与电流发生阶跃变化时PEMFC的输出电压和温度实验数据相比,该LS-SVM辨识模型具有较高的建模精度。     

基于LabVIEW的PEMFC特性研究

空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)的氢气流量、氢气压力、环境温度等参数对电堆的发电性能影响较大。首先通过实验研究了电堆最佳工作温度的确定方法和输出电压特性,其次采用了一种广义多项式拟合方法获得了它们的描述公式,最后基于LabVIEW设计了电堆温度和输出电压的特性研究软件,软件仿真结果与实验数据拟合精度较高,为研究PEMFC系统提供了一种切实有效的方法。     

质子交换膜燃料电池输出电压稳定控制技术

针对现今质子交换膜燃料电池PEMFC(proton exchange membrane fuel cell)输出电压不稳定、发电效率低下等问题,提出一种对质子交换膜燃料电池输出电压稳定性进行控制的方法。通过PEMFC的热力学电动势、欧姆过电压、总极化电压等相关参数对PEMFC动态模型进行控制,采用模糊比例-积分-导数PID(proportional integral derivative)方法设计PEMFC输出电压模糊PID控制系统。根据梯形函数调整期望输出电压,由氢气流速控制燃料电池的输出电压,实现质子交换膜燃料电池输出电压的稳定控制。通过仿真实验验证控制技术的有效性,结果表明所提方法可有效降低PEMFC电压振荡幅度,使PEMFC电压达到稳定状态,处理时间仅为4 s,说明电池电压稳定控制技术具有高效可靠性。     

质子交换膜燃料电池系统运行特性

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种高效、零污染的发电技术,能够将氢气的化学能通过电化学反应直接转化为电能,在家用热电联产、备用电源、新能源汽车等领域具有广阔的应用前景。电池堆是PEMFC系统的核心部件,系统结构及集成工艺对燃料电池堆性能影响显著。本文针对PEMFC系统结构、气路子系统、增湿子系统、热管理子系统、控制子系统分别进行了阐述,并实验测试了自消耗情况以及系统启动温度、系统稳定运行温度等因素变化时电池堆的电流-电压曲线,获得了PEMFC性能变化规律。实验结果表明:PEMFC系统的启动温度和稳定运行温度对电池性能有较为显著的影响,当系统启动温度约为25℃、稳定运行温度为50~60℃时,电池堆性能达到最优值。该结论可为优化质子交换膜燃料电池堆性能、提高电池系统运行稳定性提供依据。     

空冷型PEMFC电堆温度建模及改进GPC控制

为了使电池具有良好的输出性能,质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆温度必须控制在一个合适的范围内.提出了一个基于广义预测控制(GPC)的PEMFC温度预测控制方案.根据电池内部的能量守恒定律,建立了空冷型燃料电池电堆温度模型,基于此温度模型,采用GPC控制器建立了PEMFC温度控制系统,并提出一种改进的广义预测控制算法,减少了计算量和控制过程中的超调.设定温度为实验所获得的最佳工作温度.控制仿真结果表明,设计的PEMFC温度GPC控制系统有较高的控制精度与响应速度.     

小型PEMFC发电系统的控制方法研究

通过分析影响小型PEMFC发电系统运行特性的各个关键因素,结合小型化、实用化的要求,探讨了一种简便、易于操作的控制方法。利用系统内部各热源的热交换结构设计、控制散热风扇转速来进行温度的调节;采用内、外增湿相结合的方案来实现电池堆内部的湿度管理;采用了两级减压、限流的操作压力与流速控制方案,以及定时排放的尾气控制方案。设计了以单片机为核心的控制电路及其软件,经测试收到了较为满意的控制效果。     

质子交换膜燃料电池容错控制方法综述

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)作为一种高效、环保的能量转换装置,具有广阔的工业应用前景。然而,多辅助系统和运行时涉及多物理场耦合现象的特征,使PEMFC易发生水管理、热管理、反应物饥饿等各类故障,且故障难以控制。为及时有效地消除故障并稳定输出性能、提高耐久性,拥有实时在线特征及诊断精度高等优点的容错控制方法被应用于优化PEMFC的运行。容错控制分为故障诊断和控制重构两部分。该文对基于模型和基于非模型的故障诊断方法进行综述,并总结了各自的优缺点。随后,从结构框图角度介绍控制器调节模块以及决策模块的功能和必要性,并综述了现有研究中容错控制在PEMFC的应用。最后,总结了PEMFC领域现有研究需做出的改进以及容错控制的发展前景。     

质子交换膜燃料电池的温度控制实验

针对自增湿阴极开放式质子交换膜燃料电池(PEMFC),提出采用半导体制冷片作为温度控制装置的方案。研究半导体制冷片的工作电压对于温度控制动态响应特性的影响,验证该控制方案的可行性。指出了燃料电池测试中采样频率设置的原则,提出采用双输入双输出模糊控制器,结合脉宽调制技术和电压控制的控制方法,改善控制效果。     

基于NIOSII嵌入式处理器实现LCD的控制

设计了一种基于NIOSII嵌入式处理器实现LCD的有效控制方案,分析了NIOSII处理器的性能以及LCD显示控制的特点,详细介绍了Avalon流模式的LCD控制器的设计.经实验论证,该方案能有效地实现图像实时的LCD显示,设计的LCD控制器具有较强的通用性,可用于高速的实时图像显示以及嵌入式系统的开发等场合.     

基于H_∞的分布式光伏并网系统的协同跟踪控制

针对光伏微网并网系统提出了一种分布式协同控制策略。该策略通过搭建一个环形通信结构,实现各个光伏逆变系统之间的信息共享,实现分布式控制。整个控制系统分为2层,上层控制策略为协同跟踪控制;下层控制针对单个光伏单元控制器鲁棒性能较差等问题,设计H_∞控制器。这种策略使光伏发电并网单元收敛和运行在同样的可用功率输出比上,确保分布式光伏发电系统的稳定。最后,通过Matlab/Simulink搭建了仿真平台,验证了所提出控制策略的有效性。     

光伏发电最大功率跟踪控制器的设计

针对目前太阳能发电系统效率低的问题,本文利用微控制器设计了一种太阳能光伏发电最大功率跟踪控制器。该控制器采用升降压式DC/DC转换电路,利用电压扰动法实现最大功率点跟踪,使太阳能光伏电池始终保持最大功率输出;控制器还能实时测量蓄电池的端电压,对蓄电池进行充放电保护。该控制器软硬件结合、可靠性高,提高了太阳能光伏发电系统效率,并延长了蓄电池使用寿命。     

基于安全运行区域约束的PEMFC发电系统效率优化控制方法

为解决质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)发电系统空压机损耗与空气供应量之间的强耦合问题,并实现系统高效率可靠运行,提出一种基于安全运行区域约束的PEMFC系统效率优化控制方法(efficiency optimization control,EOCM)。该方法通过分析空压机固有特性和系统运行的边界条件得到PEMFC系统安全运行区域,基于此区域约束进行系统效率特性分析,得到PEMFC系统的最优效率运行轨迹,采用扰动估计滑模控制(disturbance estimation sliding mode control,DE-SMC)实现对系统效率的优化控制。其中安全运行区域可以避免空压机出现喘振现象,使系统工作在安全稳定区域内。在搭建的半实物平台上进行测试验证,结果表明:安全运行区域约束可以有效抑制过氧比的波动,保证系统稳定输出。在不同工况下,提出的EOCM可以较好地提升系统效率,降低超调量和调节时间,在参数扰动下仍能快速跟踪到最优效率,并保证PEMFC系统高效率、可靠运行。     

中低压控制柜智能温度控制器的研制

在某型号中低压控制柜内的简易温度测控装置基础上,设计了一种以模糊控制理论为核心的嵌入式温度控制器。提出了模糊控制输出与开关量控制输出结合的控制思路,分析了模糊控制算法的设计过程。通过与简易温度测控装置的试验比较,验证了模糊控制器无论是在响应速度方面,还是在稳定性方面,均优于原有装置。     

风光混合发电系统的功率协调控制

针对孤岛运行模式下风光混合发电系统的功率不平衡问题,结合风力发电和光伏发电的功率输出特性,提出一种风光混合发电系统协调控制策略。通过控制光伏子系统最大功率输出,调节风力子系统的功率输出跟踪系统所需功率差额,来满足蓄电池的充电和负载功率需求。考虑到风力子系统固有的非线性和运行过程中系统参数变化、外部干扰带来的不确定性因素,对风力子系统的功率跟踪控制器重点设计,基于系统模型采用现代非线性鲁棒控制方法设计了具有鲁棒干扰抑制作用的控制器,以实现对光伏子系统所发功率的补偿响应和实际运行中其功率输出的鲁棒性。理论分析和仿真结果均表明,所提的协调控制策略能够确保风光混合发电系统的功率平衡及其稳定运行。     

基于USB接口的嵌入式运动控制器设计

开发出一种基于USB2.0接口的嵌入式运动控制器,探讨了该运动控制器的体系结构的实现并对USB接口模块的软件和硬件设计进行了详细的介绍。将该嵌入式运动控制器应用于智能象棋机械手的控制过程中,实验结果表明通过扩展USB设备可以容易的实现多轴联动同时在实时性能要求不高的场合可以满足运动控制的要求。     

质子交换膜燃料电池模型的比较分析与仿真

介绍了燃料电池的经验模型、电化学模型和电压动态模型,并通过Matlab/Simulink仿真工具对这三种模型进行仿真.对比分析了PEMFC电化学模型和电压动态模型在负载电流发生阶跃变化时,电池输出电压、输出功率和效率的响应情况,进一步诠释了PEMFC的工作状态与机理,通过分析有助于PEMFC的模型优化以及控制器设计.