燃料电池发动机测试系统的优化调度方法技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池发动机测试系统的优化调度方法，根据燃料电池发动机运行需求，设计燃料电池发动机测试系统的运行工况，确定燃料电池发动机测试系统各子系统运行参数可行区间，以高可靠、长寿命、低温环境适应性好做为优化目标，搭建多目标优化函数，采用NSGA‑II算法完成多目标优化。本发明专利技术采用NSGA‑II算法对燃料电池发动机测试系统参数多目标问题进行求解，获得Pareto最优解，不仅使得燃料电池发动机测试系统获得高效率、高效能的，同时也为测试人员提供多组参数优化方案，测试人员可根据不同的需求选择不同的参数组合。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池发动机测试系统的优化调度方法
本专利技术涉及燃料电池发动机优化调度领域，特别是涉及一种燃料电池发动机测试系统的优化调度方法。
技术介绍
新能源汽车采用非常规的车用燃料作为动力来源，它的出现降低了人们对传统汽车的需求，也为解决能源问题和环境污染问题带来了新的办法。新能源汽车种类很多，其中燃料电池汽车以污染小、效率高、噪音低和可靠性高等优势，成为各大车企重点研发对象。燃料电池发动机是一种将氢气和氧气通过电化学反应直接转化为电能的发电装置，燃料电池发动机运行过程不涉及燃烧，无机械损耗，能量转化率高，产物仅为电、热和水，运行平稳，噪音低。随着燃料电池技术的快速发展,其功率和性能快速提高,燃料电池发动机测试系统的发展也越来越受到大家的关注。目前由于技术保密的原因，其公开发表的文献主要为燃料电池测试系统某一性能。
技术实现思路
本专利技术主要目的是通过NSGA-II算法来优化燃料电池发动机测试系统，燃料电池发动机测试系统优化主要通过对氢气进给量，空气进给量和冷却散热能量对燃料电池进行调控，从而达到优化效果。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种燃料电池发动机测试系统的优化调度方法，步骤包括：（1）采集燃料电池发动机测试系统运行时的历史数据，将采集到的历史数据进行预处理，去除异常数据；（2）根据燃料电池发动机测试系统的基本参数及运行工况，对预处理后的数据按照不同的工况进行分类，形成各个工况的运行数据；（3）建立多目标优化函数，并对燃料电池发动机系统进行建模；（4）将不同工况下的运行数据进行参数拟合，得到不同工况下的目标函数；（5）运用NSGA-II算法求解多目标优化模型，获得Pareto最优解集，确定各子系统的最优参数，并根据最优参数优化调控燃料电池发动机测试系统。在本专利技术一个较佳实施例中，将采集到的历史数据进行预处理的具体步骤包括：（a）删除缺失和重复的数据；（b）对于不同类型参数的数据进行转换，使参数之间存在相互影响的关系；（c）利用3准则剔除误差较大的异常数据。在本专利技术一个较佳实施例中，燃料电池发动机测试系统的运行工况包括怠速工况、全功率工况、低温工况。在本专利技术一个较佳实施例中，燃料电池发动机测试系统的子系统包括气气体供给系统、循环冷却水系统、废气排放系统、电子负载系统、安全系统、传感器测量系统、测试平台监控系统、辅助动力源系统。在本专利技术一个较佳实施例中，在步骤（3）中，燃料电池发动机测试系统建模，以高可靠、长寿命、低温环境适应性好为优化目标，以燃料电池发动机测试系统的各子系统输出量为决策变量，以各决策变量的阈值和运行参数间的数值关系为约束条件，建立燃料电池发动机系统多目标优化模型。在本专利技术一个较佳实施例中，参数拟合的具体步骤为：通过氢气供给函数关系、空气供给函数关系和冷却散热函数关系，将不同工况下的运行数据采用非线性最小二乘法进行参数拟合，得到目标函数的各项系数，从而得到不同工况下目标函数。在本专利技术一个较佳实施例中，氢气供给函数关系，其中，为氢气计量比，为单电池节数，为目标电流；空气供给函数关系，其中，为氢气计量比，为单电池节数，为目标电流；冷却散热函数关系，其中，表示内循环水流量，表示水定压比热容，表示内循环水电池出口温度，表示内循环水电池进口温度，表示外循环水流量，表示外循环水换热器进口温度，表示外循环水换热器出口温度。在本专利技术一个较佳实施例中，在步骤（5）中，NSGA-II算法优化的具体流程为：运用NSGA-II算法求解多目标优化模型定义NSGA-II优化算法；随机初始化获得父代种群，并通过非支配排序获得所有个体的序值并对其排序，同时对具有同一序值个体之间的拥挤距离进行计算；利用遗传算法的选择、交叉及变异算子，以每个个体的序值和拥挤距离作为参考，通过进化获得子代种群；为了扩大寻优空间，精英策略将子代种群和父代种群结合，然后对其从新进行非支配排序及拥挤距离计算，最后再通过修剪种群来获得下一代种群，以保证最佳个体可以进化到下一代，使其不会丢失；在获得下一代种群后，判断是否达到最大进化代数，一旦达到设定进化循环代数则终止计算输出最优解。在本专利技术一个较佳实施例中，初始化种群的步骤包括设置种群规模、进化代数、帕累托比例、自变量个数、目标函数个数以及设置种群上限和种群下限。本专利技术的有益效果是：采用NSGA-II算法对燃料电池发动机测试系统参数多目标问题进行求解，获得Pareto最优解，不仅使得燃料电池发动机测试系统获得高效率、高效能的，同时也为测试人员提供多组参数优化方案，测试人员可根据不同的需求选择不同的参数组合。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：图1是本专利技术的燃料电池发动机测试系统的优化调度方法一较佳实施例的流程示意图；图2是本专利技术的燃料电池发动机测试系统的优化调度方法一较佳实施例中NSGA-II优化算法流程图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-2，本专利技术实施例包括：一种燃料电池发动机测试系统的优化调度方法，其具体步骤：步骤1、采集燃料电池发动机测试系统运行时的历史数据，将采集到的历史数据进行数据预处理。对于数据的预处理按照以下步骤进行，首先若采集到的数据出现缺失和重复等情况，则将这些数据进行删除，其次若采集到的数据类型不同，则借助函数关系进行数据间的转换，使数据之间存在关联性，最后将采集到的历史数据进行误差分析，利用3σ准则剔除误差较大的异常数据，提高历史数据的精度。步骤2、燃料电池发动机测试系统的运行工况主要包括怠速工况、全功率工况、低温工况。燃料电池发动机测试系统主要包括气气体供给系统、循环冷却水系统、废气排放系统、电子负载系统、安全系统、传感器测量系统、测试平台监控系统、辅助动力源。根据上文所述的燃料电池发动机测试系统的基本参数及运行工况，对预处理后的历史数据按照不同的工况进行分类，形成各个工况的历史运行数据。步骤3、为了建立包含高可靠、长寿命、低温环境适应性好的多目标优化函数，对燃料电池发动机测试系统进行建模，以高可靠、长寿命、低温环境适应性好做为燃料电池发动机测试系统的主要优化目标，以燃料电池发动机测试系统各子系统输出量做为决策变量，以各决策变量的阈值和运行参数间的数值关系为约束条件，建立燃料电池发动机测试系统多目标优化模型。...

【技术保护点】
1.一种燃料电池发动机测试系统的优化调度方法，其特征在于，步骤包括：/n（1）采集燃料电池发动机测试系统运行时的历史数据，将采集到的历史数据进行预处理，去除异常数据；/n（2）根据燃料电池发动机测试系统的基本参数及运行工况，对预处理后的数据按照不同的工况进行分类，形成各个工况的运行数据；/n（3）建立多目标优化函数，并对燃料电池发动机系统进行建模；/n（4）将不同工况下的运行数据进行参数拟合，得到不同工况下的目标函数；/n（5）运用NSGA-II算法求解多目标优化模型，获得Pareto最优解集，确定各子系统的最优参数，并根据最优参数优化调控燃料电池发动机测试系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池发动机测试系统的优化调度方法，其特征在于，步骤包括：
（1）采集燃料电池发动机测试系统运行时的历史数据，将采集到的历史数据进行预处理，去除异常数据；
（2）根据燃料电池发动机测试系统的基本参数及运行工况，对预处理后的数据按照不同的工况进行分类，形成各个工况的运行数据；
（3）建立多目标优化函数，并对燃料电池发动机系统进行建模；
（4）将不同工况下的运行数据进行参数拟合，得到不同工况下的目标函数；
（5）运用NSGA-II算法求解多目标优化模型，获得Pareto最优解集，确定各子系统的最优参数，并根据最优参数优化调控燃料电池发动机测试系统。


2.根据权利要求1所述的燃料电池发动机测试系统的优化调度方法，其特征在于，将采集到的历史数据进行预处理的具体步骤包括：
（a）删除缺失和重复的数据；
（b）对于不同类型参数的数据进行转换，使参数之间存在相互影响的关系；
（c）利用3准则剔除误差较大的异常数据。


3.根据权利要求1所述的燃料电池发动机测试系统的优化调度方法，其特征在于，燃料电池发动机测试系统的运行工况包括怠速工况、全功率工况、低温工况。


4.根据权利要求1所述的燃料电池发动机测试系统的优化调度方法，其特征在于，燃料电池发动机测试系统的子系统包括气气体供给系统、循环冷却水系统、废气排放系统、电子负载系统、安全系统、传感器测量系统、测试平台监控系统、辅助动力源系统。


5.根据权利要求1所述的燃料电池发动机测试系统的优化调度方法，其特征在于，在步骤（3）中，燃料电池发动机测试系统建模，以高可靠、长寿命、低温环境适应性好为优化目标，以燃料电池发动机测试系统的各子系统输出量为决策变量，以各决策变量的阈值和运行参数间的数值关系为约束条件，建立燃料电池发动机系统多目标优化模型。


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【专利技术属性】
技术研发人员：殷劲松，郑郧，钱增，罗开玉，鲁金忠，涂蔷，苏尤宇，谢登印，周赵亮，
申请(专利权)人：张家港清研检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32