PEMFC輸出性能的魯棒控制

根據(jù)PEMFC 對(duì)溫度、濕度兩個(gè)影響其輸出性能重要因素的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性考察,提出了
較簡單的數(shù)學(xué)模型。由于系統(tǒng)在運(yùn)行中存在許多攝動(dòng)及干擾,電池功率輸出不穩(wěn)定的實(shí)際情況,使用魯棒PI 控制器的設(shè)計(jì)方法,利用線性矩陣不等式,根據(jù)解得的控制律對(duì)控制輸入進(jìn)行調(diào)節(jié),得到了較為理想的電池功率輸出效果。
關(guān)鍵詞 質(zhì)子交換膜燃料電池 模型 魯棒PI 控制 線性矩陣不等式
質(zhì)子交換膜(簡稱質(zhì)子膜)燃料電池(PEMFC)電極為多孔氣體擴(kuò)散電極,以純鉑或碳載鉑
作電催化劑，電解質(zhì)為全氟磺酸型固體聚合物,氫氣為燃料,氧氣或空氣為氧化劑。PEMFC 最有希望成為電動(dòng)汽車的動(dòng)力源,從20 世紀(jì)80 年代起，包括美國、加拿大、日本等許多發(fā)達(dá)國家競(jìng)相開展PEMFC 的研究工作。
在影響PEMFC 功率輸出性能的諸多條件中（化學(xué)材料，機(jī)械結(jié)構(gòu)等在成品中已無法改
變），膜的良好性能是非常重要的。膜的性能在很大程度上取決于膜的濕度和溫度,控制適當(dāng)?shù)臐穸燃皽囟瓤梢燥@著提高電池的性能,因此研究PEMFC 的狀態(tài)控制,對(duì)提高系統(tǒng)輸出性能就具有十分重要的意義。在過去的幾年間,提出了許多關(guān)于PEMFC 的模型,衛(wèi)東、曹廣益提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)的PEMFC 模型［1］,李偉對(duì)各種質(zhì)子交換膜燃料電池機(jī)理模型進(jìn)行了綜述［2］。以上模型均是從電池內(nèi)部的化學(xué)能、熱能、流體力學(xué)等角度出發(fā),對(duì)電池內(nèi)部的傳遞現(xiàn)象進(jìn)行描述,但始終沒有給出PEMFC 從外部輸入到輸出的黑盒模型。本文以氫氣、空氣為反應(yīng)氣體,全面系統(tǒng)地研究了電池溫度、進(jìn)氣濕度對(duì)電池的影響。建立以溫、濕度為控制輸入,帶載功率為輸出的傳遞函數(shù)模型，并應(yīng)用魯棒控制算法得到狀態(tài)反饋控制律,使系統(tǒng)在一定攝動(dòng)范圍保持穩(wěn)定,在實(shí)驗(yàn)中獲得較好輸出效果。