【技术实现步骤摘要】
本专利技术设计氢燃料电池领域，具体涉及一种基于模糊控制算法的氢气子系统中的氢气比例阀的控制方法。
技术介绍
1、现有技术方案都是氢瓶组出来的氢气通过减压阀到燃料电池系统中的氢气比例阀调节压力给燃料电池系统氢气路所需的氢气压力和流量，一般通过pid控制方法控制，pid控制需要合适的比例、积分和微分参数，这些参数通常需要有经验或者试验来调整。选择适当的参数非常困难，特别是在面对复杂、非线性系统或者时变系统的时候。pid控制是一种线性控制算法，对于非线性系统的控制效果通常较差。当系统的动态特性发生较大变化时，pid控制可能无法提供稳定的控制性能。pid一般都是由固定的kp、ki、kd值组成，当氢瓶组的减压阀出来的氢气因压力过高而敏感时会出现较大的波动性，从而导致氢气比例阀调节开度速度增加，容易出现超调现象，导致系统性能下降。这就意味着系统受到外部压力，流量等因素影响，常规的pid控制方法就需要重新调整kp、ki、kd值来保持良好的性能，就又是新一轮的标定实验和经验来进行调整。
2、针对现有的燃料电池系统中氢气子系统的氢气比例阀控制采用pid控制方法，pid控制是一种线性控制算法，对于非线性系统的控制效果通常较差。当系统的动态特性发生较大变化时，pid控制可能无法提供稳定的控制性能，对系统参数变化敏感:如果被控制的系统参数发生变化，阳极氢气流量和压力都可能会产生超调，并且阳极氢气压力会有小幅震荡。这意味着如果系统受到温度、压力、负载等外部因素影响，pid控制可能需要经常重新调整参数以保持良好的性能。
<
1、本专利技术中，模糊pid控制在燃料电池系统中主要解决了非线性特性、模糊性和不确定性、快速动态响应、抗干扰能力以及系统参教变化等技术问题，使得燃料电池系统能够更稳定、高效地运行。使用模糊逻辑定义模糊控制规则，将实际测量的数据通过模糊化过程映射到模糊集合中，利用定义的模糊规则进行推理，将模糊控制器的输出通过去模糊化过程转换成具体的控制信号。燃料电池系统中实际运行中可能会收到各种干扰，例如电源波动，氢压波动，负载突变等工况，模糊pid控制可以通过合适的模糊规则，实现更快速的动态响应，使得系统能够在短时间内调整氢气比例阀的开度，维持系统的稳定性；系统在不同的工况下可能有会发生变化，例如温度，压力，流量等，模糊pid控制方法可以自适应的调整输出参数，以适应系统的参数的变化。
2、本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。
3、一种燃料电池氢气比例阀的模糊控制方法，包括如下步骤：
4、(1)选用燃料电池系统当前电堆氢气出口压力与电堆空气入口压力的偏差dp、偏差变化率dpc作为模糊控制系统的输入参数，氢气比例阀pid控制器所需的kp、ki、kd作为模糊控制系统的输出参数；其中，dp＝pout-pin，pout为电堆氢气出口压力，pin为电堆空气入口压力；dpc为当前氢空压差与上一次氢空压差与检测时间检测的比值；
5、(2)输入参数dp和dpc，输出参数模糊化定义；
6、(3)氢空压差范围取[dp_min，dp_max]，模糊子集的论域取[np_min,np_max],氢气压差的模糊语言变量定义为
7、{nb,nm,ns,ze,ps,pm,pb}7段式模糊论域，论域对应为{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，dp的实际论域采用实际取值范围dp∈[-3,3]；
8、(4)氢空压差变化率范围取[dpc_min，dpc_max],模糊子集的论域取[npc_min,npc_max],氢气压差变化率的模糊语言变量定义为{nb,nm,ns,ze,ps,pm,pb}7段式模糊论域，论域对应为{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，dpc的实际论域采用实际取值范围dpc∈[-3,3]；
9、(5)输入参数和输出参数模糊子集内元素的隶属度为三角形、双s形或者高斯形的一种；
10、(6)当dp过大时，迅速改变kp、ki、kd,的值使得系统能够迅速减小误差满足需求；当dp过小时，改变kp、ki、kd,的值以减小系统的震荡与超调；当系统误差过大时，为了提高系统响应速度，能很快减小输出误差，此时应当加大kp的取值，同时为了减小系统的超调量，此时需要取适中的ki，为了减小误差刚产生时的微分饱和现象，应当尽可能的取小kd，当dp和dpc适中时，此时需要减小kp的值，从而防止系统出现超调，此时需要调节kp和ki值，使得系统同时有快速性和稳定性；当dp较小时，应当加大kp和ki的值，以免系统发生震荡从而造成不稳定，同时要考虑dpc对系统的影响；当dpc较大时，应当取较小的kd值，以免系统发生震荡，当dpc较小时，kd可以取大一点；
11、(7)对于kp、ki、kd三个参数建立49条糊规则；
12、(8)模糊控制器输出的kp、ki、kd的值即为pid控制器中三个参数的取值；
13、(9)采用重心法进行去模糊化，通过计算变量的隶属度和变量值的乘积运算，并对所有变量进行求和，来确定模糊集的重心位置，得到输出量：pid控制器的kp、ki、kd的值；
14、
15、a,b为输出量对应模糊子集论域的上下限；kp,ki,kp为模糊集的重心位置，μ(x)为变量x的隶属度，x为子集中各变量的值；
16、(10)输出的kp、ki、kp直接传输给pid控制器，乘对应的比例因子即达到快速响应控制氢气比例阀的开度，防止基础pid控制器出现超调和震荡问题。
17、上述控制方法中，步骤(7)中，kp、ki、kd规则表如下：
18、
19、
20、
21、本专利技术中燃料电池系统氢气子系统由氢瓶组、减压阀、进氢阀、氢气比例阀、安全阀、氢气循环泵、汽水分离器、排水电磁阀、电堆和电堆入口压力传感器组成氢气供给回路；所述氢瓶组、减压阀、进氢阀、氢气比例阀和电堆顺次连接；所述电堆与汽水分离器、氢气循环泵顺次连接，所述氢气循环泵连接于气比例阀和电堆之间的管道上；所述气比例阀和电堆之间的管道上还设置有安全阀，所述安全阀通过排水电磁阀与汽水分离器连接；在电堆的出入口设有电堆入口压力传感器和电堆出口压力传感器均与控制器电连接，通过控制器接受信号计算；并输出模拟信号控制氢气比例阀开度。
22、进一步地，本专利技术还包括氢中压传感器；所述氢中压传感器设置于进氢阀和氢气比例阀之间的管道上。
23、进一步地，本专利技术还包括氢低压传感器；所述氢低压传感器设置于氢气比例阀与电堆之间的管道上。
24、进一步地，本专利技术还包括电堆出口压力传感器；所述电堆出口压力传感器设置于电堆与汽水分离器之间的管道上。
25、与现有技术相比，本专利技术的优势在于：
26、模糊pid控制在燃料电池系统中主要解决了非线性特性、模糊性和不确定性、快速动态响应、抗干扰能力以及系统参教变化等技术问题，使得燃料电池系统能够更稳定、高效地运行。使用模糊本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种燃料电池氢气比例阀的模糊控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述燃料电池氢气比例阀的模糊控制方法，其特征在于，步骤(7)中，Kp、Ki、Kd规则表如下：
3.根据权利要求1所述燃料电池氢气比例阀的模糊控制方法，其特征在于，燃料电池系统氢气子系统由氢瓶组(1)、减压阀(2)、进氢阀(3)、氢气比例阀(4)、安全阀(7)、氢气循环泵(8)、汽水分离器(9)、排水电磁阀(10)、电堆(12)和电堆入口压力传感器(13)组成氢气供给回路；
4.根据权利要求3所述燃料电池氢气比例阀的模糊控制方法，其特征在于，还包括氢中压传感器(5)；所述氢中压传感器(5)设置于进氢阀(3)和氢气比例阀(4)之间的管道上。
5.根据权利要求3所述燃料电池氢气比例阀的模糊控制方法，其特征在于，还包括氢低压传感器(6)；所述氢低压传感器(6)设置于氢气比例阀(4)与电堆(12)之间的管道上。
6.根据权利要求3所述燃料电池氢气比例阀的模糊控制方法，其特征在于，还包括电堆出口压力传感器(11)；所述电堆出口压力传感器(11)设
...【技术特征摘要】
1.一种燃料电池氢气比例阀的模糊控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述燃料电池氢气比例阀的模糊控制方法，其特征在于，步骤(7)中，kp、ki、kd规则表如下：
3.根据权利要求1所述燃料电池氢气比例阀的模糊控制方法，其特征在于，燃料电池系统氢气子系统由氢瓶组(1)、减压阀(2)、进氢阀(3)、氢气比例阀(4)、安全阀(7)、氢气循环泵(8)、汽水分离器(9)、排水电磁阀(10)、电堆(12)和电堆入口压力传感器(13)组成氢气供给回路；
4.根据权利要求3所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：李佳俊，池滨，杨强，黄腾涛，胡永国，林广豪，
申请(专利权)人：广东云韬氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。