【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固体氧化物燃料电池的控制领域，具体涉及固体氧化物燃料电池的多模型pid控制方法及系统。
技术介绍
1、为了实现能源的可持续发展，减少对环境的污染，各种新能源技术得到了广泛的重视。其中固体氧化燃料电池技术是一种将化石燃料中的化学能转化为电能的装置。它具有燃料适应性广、能量转换效率高、清洁零污染、全固态结构、不使用贵金属催化剂、运行稳定可靠等优点，被誉为21世纪最具有前景的绿色发电装置。目前已在大型发电、分布式发电及热电联供、交通运输及调峰储能等领域具有广阔的应用前景，是最前沿的燃料电池技术。
2、近十多年，研究人员针对燃料电池系统，提出了多种控制技术，比如传统的pid控制、模糊控制、神经网络、鲁棒控制、预测控制等等。然而固体氧化物燃料电池系统是非常复杂的非线性系统，导致现有技术不仅控制方法繁杂，而且对固体氧化物燃料电池系统控制效果较差。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种固体氧化物燃料电池的多模型pid控制方法及系统，以解决现有技术不仅控制方法繁杂，而且对固体氧化物燃料电池系统控制效果较差的技术问题。
2、为达到上述目的，第一方面本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种固体氧化物燃料电池的多模型pid控制方法，包括
4、以输出电压作为固体氧化物燃料电池系统的调度变量，建立固体氧化物燃料电池控制模型；
5、利用基于夹角网格化及分解法对固体氧化物燃料电池控制模型进行多模型分解，得到三个状态空间形式的线性
6、针对每个线性子系统设计线性子pid控制器，对三个线性子pid控制器利用夹角倒数加权算法合成全局预测控制器；
7、通过全局预测控制器对固体氧化物燃料电池进行优化控制。
8、优选的，以输出电压作为固体氧化物燃料电池系统的调度变量，建立固体氧化物燃料电池控制模型的过程包括：
9、
10、
11、公式中，表示为氢气输入流量；分别是氢气分压、氧气分压以及水蒸气分压；分别表示氢气分压、氧气分压以及水蒸气分压的导数；是燃料电池系统的电流；是燃料电池系统的输出电压；表示为氢气流的时间常数；表示为水流的时间常数；表示为氧气流的时间常数；表示为氢气摩尔常数；kr表示为设定常数；表示为水摩尔常数；表示为氧气摩尔常数；rh-o表示为氢氧比率；表示为电堆中电池的个数；e0表示为标准电池电动势；r表示为通用气体常数；t表示为绝对温度；f表示为法拉第常数；r表示为欧姆损失。
12、优选的，利用基于夹角网格化及分解法对固体氧化物燃料电池控制模型进行多模型分解，得到状态空间形式的三个线性子系统的过程包括：
13、令以及
14、对固体氧化物燃料电池控制模型推导转化为：
15、
16、
17、基于夹角网格化方法对固体氧化物燃料电池控制模型的操作空间进行网格化，利用基于夹角的多模型分解方法对固体氧化物燃料电池控制模型进行分解，得到状态空间形式的三个线性子系统。
18、优选的，利用基于夹角的多模型分解方法对固体氧化物燃料电池控制模型进行分解，得到状态空间形式的三个线性子系统的过程包括：
19、状态空间形式的三个线性子系统，表达公式为：
20、
21、其中,ai,bi,ci,di是固体氧化物燃料电池系统在平衡点(x0i,u0i,y0i)处的离散化线性子模型的状态空间模型参数；
22、设定燃料电池系统的电流恒等于350a；燃料电池系统的输出电压范围在[290-360]v；
23、第一线性子系统的控制输出电压范围为：[290,330)；第一线性子系统的参数为：
24、c1＝[252.5,-8.49,82.49]，d1＝0；
25、第二线性子系统的控制输出电压范围为：[330,348)；第二线性子系统的参数为：
26、c2＝[88.36,-8.49,60.89]，d2＝0；
27、第三线性子系统的控制输出电压范围为：[348,360)；第三线性子系统的参数为：
28、c3＝[53.55,-8.49,48.26],d3＝0。
29、优选的，针对每个线性子系统设计线性子pid控制器的过程包括：
30、
31、公式中，ui(k)表示为第i个线性子系统的线性子pid控制器函数，kpie(k)表示为第i个子pid控制器的比例作用，表示为第i个子pid控制器的积分作用，e(k)、e(j)和e(k-1)表示为误差，kdi(e(k)-e(k-1))表示为第i个子pid控制器的微分作用；u0i表示为第i个线性子pid控制器的偏置量。
32、优选的，对三个线性子pid控制器利用夹角倒数加权算法合成全局预测控制器，包括：
33、
34、公式中，u(k)表示为全局预测控制器函数；表示为第i个线性子系统的权重。
35、优选的，计算第i个线性子系统的权重，包括：
36、
37、
38、θik＝|θi-θk|
39、公式中，θi表示为固体氧化物燃料电池第i个线性子系统的静态输入至输出曲线的斜率角；θk表示为固体氧化物燃料电池k时刻对应的静态输入-输出曲线的斜率角；θik表示为是k时刻固体氧化物燃料电池控制模型与第i个线性子系统的夹角；θjk表示为是k时刻固体氧化物燃料电池控制模型与第j个线性子系统的夹角；m表示为固体氧化物燃料电池的线性子系统数量。
40、第二方面本专利技术提供了一种固体氧化物燃料电池的多模型pid控制系统，包括
41、模型构建单元，以输出电压作为固体氧化物燃料电池系统的调度变量，建立固体氧化物燃料电池控制模型；
42、分解单元，利用基于夹角网格化及分解法对固体氧化物燃料电池控制模型进行多模型分解，得到三个状态空间形式的线性子系统；
43、控制单元，用于针对每个线性子系统设计线性子pid控制器，对三个线性子pid控制器利用夹角倒数加权算法合成全局预测控制器；通过全局预测控制器对固体氧化物燃料电池进行优化控制。
44、本专利技术第三方面提供了电子设备包括存储介质和处理器；所述存储介质用于存储指令；所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行本专利技术第一方面所述的方法。
45、与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
46、本专利技术利用基于夹角网格化及分解法对固体氧化物燃料电池控制模型进行多模型分解，得到三个状态空间形式的线性子系统；针对每个线性子系统设计线性子pid控制器，对三个线性子pid控制器利用夹角倒数加权算法合成全局预测控制器；通过全局预测控制器对固体氧化物燃料电池进行优化控制；基于分解-合成原则的多模型控制方法能够有效的将复杂的非线性控制问题通过分解转化为若干简单的线性控制问题的组合；通过求解这些线性控制问题实现对非线本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种固体氧化物燃料电池的多模型PID控制方法，其特征在于，包括
2.根据权利要求1所述的多模型PID控制方法，其特征在于，以输出电压作为固体氧化物燃料电池系统的调度变量，建立固体氧化物燃料电池控制模型的过程包括：
3.根据权利要求2所述的多模型PID控制方法，其特征在于，利用基于夹角网格化及分解法对固体氧化物燃料电池控制模型进行多模型分解，得到状态空间形式的三个线性子系统的过程包括：
4.根据权利要求1所述的多模型PID控制方法，其特征在于，利用基于夹角的多模型分解方法对固体氧化物燃料电池控制模型进行分解，得到状态空间形式的三个线性子系统的过程包括：
5.根据权利要求1所述的多模型PID控制方法，其特征在于，针对每个线性子系统设计线性子PID控制器的过程包括：
6.根据权利要求5所述的多模型PID控制方法，其特征在于，对三个线性子PID控制器利用夹角倒数加权算法合成全局预测控制器，包括：
7.根据权利要求6所述的多模型PID控制方法，其特征在于，计算第i个线性子系统的权重，包括：
8.一种固体
9.电子设备包括存储介质和处理器；所述存储介质用于存储指令；其特征在于，所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行权利要求1至7任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池的多模型pid控制方法，其特征在于，包括
2.根据权利要求1所述的多模型pid控制方法，其特征在于，以输出电压作为固体氧化物燃料电池系统的调度变量，建立固体氧化物燃料电池控制模型的过程包括：
3.根据权利要求2所述的多模型pid控制方法，其特征在于，利用基于夹角网格化及分解法对固体氧化物燃料电池控制模型进行多模型分解，得到状态空间形式的三个线性子系统的过程包括：
4.根据权利要求1所述的多模型pid控制方法，其特征在于，利用基于夹角的多模型分解方法对固体氧化物燃料电池控制模型进行分解，得到状态空间形式的三个线性子系统的过程包括：
...【专利技术属性】
技术研发人员：杜静静，储小松，葛楚天，陈俊风，李旭，李建，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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