固體氧化物燃料電池電特性的分?jǐn)?shù)階建模和控制的研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種高效清潔的新型電池，極具應(yīng)用前景。但SOFC電堆是一個(gè)包括流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)和電化學(xué)反應(yīng)等多種物理化學(xué)現(xiàn)象的復(fù)雜機(jī)體，其電堆的控制技術(shù)一直是一個(gè)未解決的公認(rèn)難題。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，SOFC的電化學(xué)反應(yīng)是一個(gè)分?jǐn)?shù)微積分過(guò)程，更適合用分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)來(lái)描述和控制。分?jǐn)?shù)微積分是一門(mén)求任意階次導(dǎo)數(shù)和積分的學(xué)科，從本質(zhì)上反映出積分、微分階次漸變的過(guò)程，因此具有很強(qiáng)的靈活性。本文以國(guó)家“863”重點(diǎn)項(xiàng)目“中溫平板型SOFC模塊發(fā)

2、電系統(tǒng)的研制”為背景，對(duì)固體氧化物燃料電池電特性的分?jǐn)?shù)階建模和控制進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下： ⑴介紹了分?jǐn)?shù)微積分的定義、基本性質(zhì)和分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)的描述方法,總結(jié)了分?jǐn)?shù)微分方程的解法和離散數(shù)值計(jì)算；通過(guò)研究SOFC電堆的電特性動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蜋C(jī)理模型，建立SOFC電堆輸出電特性的分?jǐn)?shù)階微積分動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，突破傳統(tǒng)SOFC電堆電特性的動(dòng)態(tài)過(guò)程實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒荒芫_刻畫(huà)并用于實(shí)時(shí)控制的瓶頸。 ⑵引入和改進(jìn)了一種新的遺傳算法（NGA），提出

3、了一種基于簡(jiǎn)單模型和NGA的分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)辨識(shí)，并對(duì)SOFC的電特性模型進(jìn)行了辨識(shí)，取得了較好的效果。 ⑶介紹了分?jǐn)?shù)階mlDPI數(shù)字實(shí)現(xiàn)的兩種方法，在頻域里通過(guò)波特圖做了詳細(xì)的比較，完成了Matlab/Simulink下的分?jǐn)?shù)階mlDPI模塊的實(shí)現(xiàn)，給出了用改進(jìn)遺傳算法整定分?jǐn)?shù)階mlDPI五個(gè)參數(shù)的實(shí)例，基于獲得的分?jǐn)?shù)階電特性動(dòng)態(tài)控制模型，研究出有效的分?jǐn)?shù)階m lD PI 控制器，并和整數(shù)階PID 控制器比較了控制效果，其結(jié)果顯示分