【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氢燃料电池控制，具体涉及一种氢燃料电池空气流量与湿度mimo动态协同控制方法。
技术介绍
1、随着环境保护意识的不断增强，新能源车作为一种清洁环保的交通工具受到越来越多人的关注。氢燃料电池车作为一种新型新能源车,相比传统汽车具有明显的优势。它采用氢作为能源，通过燃料电池将化学能直接转换为电能来驱动电机，而不依赖于外部充电，启动迅速。同时，氢燃料电池车运行过程中无任何废气和噪音排放，是一种真正环保的清洁能源车型。作为一种可存储的能源载体，氢能也有利于可再生能源的大规模应用。总之，作为新一代新能源车，氢燃料电池车在性能、环境保护和实用性等各个方面都显示出明显优势，其应用前景广阔。
2、氢燃料电池车是一种基于氢燃料电池技术驱动的车辆，其核心是将氢气与氧气在电化学反应中通过质子交换膜产生电能，从而驱动电机实现车辆的运行。在氢燃料电池系统中，空气流量和湿度的控制对系统的性能和可靠性至关重要，当负载大幅度变化，即车辆急刹车、急加速的情况时，如果供氧系统不能及时调整空气流量和湿度的供应，会导致电池电堆出现“氧饥饿”、“水淹”等现象，降低燃料电池的效率，减少电堆寿命。因此，通过精确控制空气流量和湿度，可以实现氢燃料电池系统的性能一致性，确保不同条件下的稳定性和可靠性，有利于更好地应用在商用电池车辆和其他场景。
3、专利文献cn113644301a，提出一种无模型自适应滑膜和反步法结构控制方法，通过改变压缩机转速和背压阀开度实现对电堆阴极空气流量和压力的控制。专利文献cn116314967a，通过预设模糊控制
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的问题，提出一种氢燃料电池空气流量与湿度mimo动态协同控制方法，在保持氢燃料电池系统电堆阴极湿度稳定情况下，通过调节控制空压机转速和增湿器功率，实现对空气流量与阴极湿度协同控制，满足对氢燃料电池负载变化快速平稳响应的指标。
2、本专利技术为实现其技术目的所采取的技术方案是：一种氢燃料电池空气流量与湿度mimo动态协同控制方法，包括：
3、s1、构造氢燃料电池供氧系统的多输入多输出非线性动态模型。
4、所述的燃料电池供氧系统包括空气过滤器、空压机、中冷器、增湿器、控制器、电堆、流量计和湿度传感器，外界空气依次经过空气过滤器、空压机、中冷器、增湿器，最后进入电堆反应；所述的空气过滤器用于过滤输入空气中的杂质，所述的空压机用于将空气压缩到适合的压力，并且控制输入空气的流量，所述的中冷器用于给压缩后高温的空气降低温度，所述的增湿器用于给即将进入电堆的空气增湿，所述的流量计用于检测电堆的出口空气流量，所述的湿度传感器用于检测电堆湿度，所述的空压机控制器和湿度控制器分别和空压机和增湿器相连，用于调控空压机转速和增湿器功率，所述的燃料电池供氧系统模型包括空压机动态模型、增湿器动态模型、阴极气体动态模型；
5、所述的空压机动态模型可根据电机惯性和空压机转速的机理可得：
6、
7、其中，jc为电机的转动惯量，ωc为空压机的角速度，τcm为空压机电机的输入转矩，τc为空压机的负载转矩；
8、由电机机理方程，空压机电机的输入转矩τcm为：
9、
10、其中，ηcm表示电机的效率，kt和kv分别为空压机输入转矩的灵敏度常数和电机反电动势常数，rcm为电机线圈电阻，vcm为空压机的输入电压；
11、由热力学公式，空压机的负载转矩为：
12、
13、其中，cp为空气比热容，tatm、patm分别为大气温度和大气压强，ηc表示空压机的最大效率，psm表示空压机的出口压强，δ表示空气的比热容系数，qc为空压机出口的空气流量；
14、由上式可以整理处空压机角速度的动态特性方程为：
15、
16、所述的增湿器用于对进入电堆阴极之前的空气加湿，在进入增湿器的气体可分为干空气qdry,air,cl和水蒸气qh2o,cl：
17、
18、qh2o,cl＝qcl-qdry,air,cl
19、其中，qcl为离开中冷器的空气流量，ωdry,air为空气中的干空气百分比，计算公式如下：
20、
21、其中，mh2o和mair分别表示水和空气的摩尔质量，pcl和psat分别离开中冷器的饱和气体压强和相同温度下的饱和蒸汽压强，rhcl为离开中冷器的空气相对湿度；
22、在增湿器中增加的水蒸气流量qh2o,in为
23、
24、其中，dmem表示水的扩散系数，θ为增湿器膜的厚度，sw和sa分别为增湿器去离子水侧和空气侧的水浓度，a为增湿器膜的面积；
25、增湿器内部气体流量的热动态变化为：
26、
27、其中，为增湿器内水的质量，为水蒸气的定压比热容，为增湿器内水的温度，phm为增湿器功率，表示增湿器中增加的水蒸气流量，表示水蒸气的焓变，u表示传热系数，aα和aβ分别表示增湿器膜面积和增湿器管道面积；
28、增湿器出口的空气流量qhm：
29、
30、所述的电堆阴极气体动态模型由质量守恒、理想气体状态方程和湿度特性所得，阴极内氧气qo2、水qh2o,ca,的质量流量动态特性方程为：
31、
32、
33、其中，和分别为阴极输入、输出和电堆内发生反应消耗得氧气流量，分别为阴极输入、输出、发生反应产生和质子交换膜跨膜传输的水的流量；
34、阴极湿度的动态特性方程为：
35、
36、其中，r为理想气体常数,tst为电堆内温度，vca为阴极的体积，psat,ca阴极同等温度下饱和蒸气压。由增湿器功率和空压机功率共同决定，主要由空压机功率决定，由氢燃料电池电堆负载电流决定；
37、基于空压机动态模型、增湿器动态模型和阴极气体动态模型搭建燃料电池供氧系统多输入多输出非线性动态模型模型。
38、s2、基于所述的氢燃料电池供氧系统多输入多输出非线性动态模型，标定不同工况下以净功率最大为控制目标的过氧比参考值map表和阴极相对湿度参考值map表。
39、过氧比通常指的是输入到电堆阴极的氧气流量和电堆反应消耗的氧气流量的比值，是一个大于1的数值，计算公式为：
40、
41、其中，表示过氧比，为输入到电堆阴极的氧气流量，是电堆反应消耗的氧气流量；
42、氢燃料电池电堆反应消耗的氧气流量可由下式计算：
【技术保护点】
1.一种氢燃料电池空气流量与湿度MIMO动态协同控制方法，其特征在于，包括:
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池空气流量与湿度MIMO动态协同控制方法，其特征在于，所述的过氧比参考设定值MAP表标定具体过程为：
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池空气流量与湿度MIMO动态协同控制方法，其特征在于，所述的阴极相对湿度参考设定值MAP表标定具体过程为：
4.根据权利要求1所述的氢燃料电池空气流量与湿度MIMO动态协同控制方法，其特征在于，所述的空气流量实际值、阴极相对湿度实际值具体获取过程为：
5.根据权利要求1所述的氢燃料电池空气流量与湿度MIMO动态协同控制方法，其特征在于，所述的自适应动态网络协同控制器包括：输入层、隐藏层和输出层，采用误差前向传播和误差反向传播算法完成输入、隐藏、输出。
6.根据权利要求5所述的氢燃料电池空气流量与湿度MIMO动态协同控制方法，其特征在于，所述的误差前向传播，根据网络的输入、各层网络的权值系数、状态函数和输出函数来形成网络的输出。
7.根据权利要求5所述的氢燃料电池空气流量
8.根据权利要求5所述的氢燃料电池空气流量与湿度MIMO动态协同控制方法，其特征在于，所述的输入层用于接受来自系统或过程的反馈信号和目标值，包括：两个子网络，每个子网络包含两个神经元，其中一个子网络的两个神经元的输入分别为空气流量的参考设定值和空气流量的实际值，另一个子网络的两个神经元的输入分别为阴极相对湿度的参考设定值和阴极相对湿度的实际值，输入层的输出为：
9.根据权利要求5所述的氢燃料电池空气流量与湿度MIMO动态协同控制方法，其特征在于，所述的隐含层包含两个子网络，用于处理输入信号和提取特征，每个子网络都包括一个比例神经元、一个积分神经元和一个微分神经元，每个神经元的输入为：
10.根据权利要求5所述的氢燃料电池空气流量与湿度MIMO动态协同控制方法，其特征在于，所述的输出层包括：两个神经元，输出层神经元的输出neth(3)(k)为：
11.根据权利要求9所述的氢燃料电池空气流量与湿度MIMO动态协同控制方法，其特征在于，所述的比例神经元采用单位比例函数作为状态函数ul1(2)(k)：
12.根据权利要求9所述的氢燃料电池空气流量与湿度MIMO动态协同控制方法，其特征在于，所述的积分神经元的状态函数ul2(2)(k)用单位积分比例函数表示为：
13.根据权利要求9所述的氢燃料电池空气流量与湿度MIMO动态协同控制方法，其特征在于，所述的微分神经元的状态函数ul3(2)(k)用单位微分比例函数表示为：
...【技术特征摘要】
1.一种氢燃料电池空气流量与湿度mimo动态协同控制方法，其特征在于，包括:
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池空气流量与湿度mimo动态协同控制方法，其特征在于，所述的过氧比参考设定值map表标定具体过程为：
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池空气流量与湿度mimo动态协同控制方法，其特征在于，所述的阴极相对湿度参考设定值map表标定具体过程为：
4.根据权利要求1所述的氢燃料电池空气流量与湿度mimo动态协同控制方法，其特征在于，所述的空气流量实际值、阴极相对湿度实际值具体获取过程为：
5.根据权利要求1所述的氢燃料电池空气流量与湿度mimo动态协同控制方法，其特征在于，所述的自适应动态网络协同控制器包括：输入层、隐藏层和输出层，采用误差前向传播和误差反向传播算法完成输入、隐藏、输出。
6.根据权利要求5所述的氢燃料电池空气流量与湿度mimo动态协同控制方法，其特征在于，所述的误差前向传播，根据网络的输入、各层网络的权值系数、状态函数和输出函数来形成网络的输出。
7.根据权利要求5所述的氢燃料电池空气流量与湿度mimo动态协同控制方法，其特征在于，所述的误差反向传播算法，采用梯度修正法修正权值，通过网络自主学习，不断调整网络权值系数，使控制量无限接近控制目标值，权值修正的具体过程为：
8.根据权利要求5所述的氢燃料电池空气流量与湿度...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘苗苗，芦泽阳，
申请(专利权)人：青岛乾程科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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