《固體氧化物燃料電池的動態建模與預測控制》是2015年機械工業出版社出版的圖書，作者是（加拿大）Biao Huang。
基本介紹
- 書名：固體氧化物燃料電池的動態建模與預測控制
- 作者：（加拿大）Biao Huang
- 譯者：孫玉繡
- ISBN：978-7-111-48484-4
- 頁數：267
- 定價：79.00
- 出版社：機械工業出版社
- 出版時間：2015-01
- 裝幀：平裝
- 開本：16
- 叢書名：國際電氣工程先進技術譯叢
內容簡介,目錄,
內容簡介
在目前的能源市場中，高溫固體氧化物燃料電池(SOFC)被認為是主要的燃料電池技術的競爭者之一。然而,為了操作作為一個高效的發電系統，SOFC需要一個適當的控制系統還需要一個詳細的建模過程的動態。為了能夠論述最先進的動態建模、估計和SOFC系統的控制,本書介紹了原始建模方法以及由作者開發的全新的成果。本書通過採用基於動態建模和基於數據的方法,並考慮控制的各個方面,包括建模、系統辨識、狀態估計、傳統和先進的控制，全面覆蓋和SOFC技術的許多方面。本書介紹的方法適合學習化學工程的基本原理、系統辨識、狀態估計和過程控制，因此，它適合用於化工、機械、電力、電氣工程，特別是在過程控制、過程系統工程、控制系統、燃料電池方面的研究生與教師以及研究和工程技術人員參閱。本書還能幫助研究人員了解相關的基礎知識以及當前在SOFC動態建模和控制技術方面的概述。
目錄
1 緒論
1.1 燃料電池技術概述
1.1.1 燃料電池種類
1.1.2 平板式和管式設計
1.1.3 燃料電池體系
1.1.4 燃料電池的優缺點
1.2 造型、狀態估計和控制
1.3 書籍覆蓋範圍
1.4 書籍大綱
第一部分 基本原理
2 化學反應的第一性原理建模
2.1 熱力學
2.1.1 能量的形態
2.1.2 第一定律
2.1.3 第二定律
2.2 熱傳遞
2.2.1 傳導
2.2.2 對流
2.2.3 輻射
2.3 質量傳遞
2.4 流體力學
2.4.1 粘性流
2.4.2 速度分布
2.4.3 伯努利方程
2.5 變化方程式
2.5.1 連續性方程
2.5.2 格林函式的運動方程
2.5.3 能量平衡方程
2.5.4 連續性方程的種類
2.6 化學反應
2.6.1 反應速率
2.6.2 可逆反應
2.6.3 反應熱
2.7 註解和參考文獻
3 系統辨識 I
3.1 離散時間系統
3.2 信號
3.2.1 輸入信號
3.2.2 信號的光譜特性
3.2.3 輸入信號的持續激勵
3.2.4 輸入設計
3.3 模型
3.3.1 線性模型
3.3.2 非線性模型
3.4 註解和參考文獻
4 系統辨識 II
4.1 回歸分析
4.1.1利用外生輸入模型的移動平均自動回歸
4.1.2 線性回歸
4.1.3 線性回歸分析
4.1.4 加權最小二乘法
4.2 預測誤差方法
4.2.1 最優預測
4.2.2 預測誤差方法
4.2.3 獨立參數預測誤差法
4.2.4 PEM漸近方差屬性
4.2.5 非線性辨別
4.3 模型驗證
4.3.1 模型結構選擇
4.3.2 簡約原則
4.3.3 模型結構比較
4.4 經驗方法
4.4.1 非零處理
4.4.2 漂移干擾處理
4.4.3 魯棒性
4.4.4 額外的模型驗證
4.5 閉環辨識
4.5.1 直接閉環辨識
4.5.2 間接閉環辨識
4.6 子空間辨識
4.6.1 符號
4.6.2回歸分析法子空間辨識
4.6.3 範例
4.7 註解和參考文獻
5 狀態估計
5.1 隨機動態系統過濾技術進展
5.2 問題界定
5.3 狀態估計的序貫貝葉斯推理
5.3.1 卡爾曼濾波和擴展卡爾曼濾波器
5.3.2 無軌跡卡爾曼濾波器
5.4 範例
5.5 註解和參考文獻
6 模型預測控制
6.1 最先進的模型預測控制
6.2 基本原理
6.2.1 MPC 模型
6.2.2 自由與強迫回響
6.2.3 目標函式
6.2.4 限制條件
6.2.5 MPC規則
6.3 動態矩陣控制
6.3.1 預測
6.3.2 無變形控制移動的DMC
6.3.3 變形控制移動的DMC
6.3.4 DMC算法反饋
6.4 非線性MPC
6.5 非線性MPC通用最佳化準則
6.6離散模型：正交配置法
6.6.1預測時域方法1的正交配置1
6.6.2預測時域N的正交配置法
6.7 MPC優缺點
6.8 最最佳化
6.9 範例：混沌系統
6.10 註解和參考文獻
第二部分 管式固體氧化物燃料電池
7 管式固體氧化物燃料電池動力學模型：第一性原理方法
7.1 固體氧化物燃料電池堆疊設計
7.2 轉化過程
7.2.1 電化學反應
7.2.2 電動力學
7.3 擴散動力學
7.3.1 擴散傳遞函式
7.3.2 簡化的擴散傳遞函式
7.3.3 擴散動力學模型
7.3.4 擴散係數
7.4燃料輸送過程
7.4.1轉換/轉移反應
7.4.2傳質過程
7.4.3 動量傳遞
7.4.4能量轉移和熱交換
7.5空氣輸送過程
7.5.1 陰極通道的質量傳輸
7.5.2 陰極通道的動量傳遞
7.5.3 陰極通道的能量傳遞
7.5.4注入通道空氣
7.6 固體氧化燃料電池溫度
7.6.1 動力學能量交換過程
7.6.2熱傳導
7.6.3 對流
7.6.4 輻射
7.6.5 電池溫度模型
7.6.6 注入管溫度模型
7.7 最終動態模型
7.7.1 I/O 變數
7.7.2 狀態空間模型
7.7.3 模型驗證
7.8 模擬動力學屬性研究
7.8.1 擴散動力學
7.8.2 燃料輸送過程動力學
7.8.3 空氣輸送過程動力學
7.8.4 外部負載動力學
7.9 註解和參考文獻
8 管式固體氧化物燃料電池動力學模型：簡化的第一性原理方法
8.1 概要
8.1.1 過程變數的關係
8.1.2 功率輸出限制
8.2 固體氧化物燃料電池堆的低階狀態空間模型
8.2.1 物理過程
8.2.2 建模假設
8.2.3 I/O 變數
8.2.4 電壓
8.2.5 分壓
8.2.6 流速
8.2.7 溫度
8.3 非線性狀態空間模型
8.4 模擬
8.4.1 驗證
8.4.2 輸入階躍回響
8.4.3 干擾階躍回響
8.5 註解和參考文獻
9管狀固態氧化物燃料電池(SOFC)的動態模型建立與控制：系統識別方法
9.1 前言
9.2 系統識別
9.2.1 變數選擇
9.2.2 階躍回響測試
9.2.3 非典型性階躍回響
9.2.4 輸入設計
9.2.5 線性系統辨識
9.2.6 非線性系統辨識
9.3 PID 控制
9.3.1 設定點跟蹤
9.3.2 抗干擾
9.3.3 離散時間過程的內模控制
9.3.4 多環控制固體氧化燃料電池離散時間IMC套用
9.4 閉環辨識
9.5 註解和參考文獻
第三部分 板式固體氧化物燃料電池
10 板式固體氧化物燃料電池動態板式模型：第一性原理方法
10.1 前言
10.2 幾何學
10.3 堆疊電壓
10.4 質量守恆
10.5 能量守恆
10.5.1 集中動力學模型
10.5.2 詳細動力學模型
10.6 模擬
10.6.1 穩態回響
10.6.2 動態回響
10.7 註解和參考文獻
11 板式固體氧化物燃料電池系統動力學模擬
11.1 前言
11.2 燃料電池系統
11.2.1 燃料和空氣熱交換
11.2.2 重整裝置
11.2.3 燃燒器
11.3 連同電容器的固體氧化物燃料電池
11.4 模擬結果
11.4.1 燃料電池系統模擬
11.4.2 超電容器固體氧化物燃料電池堆
11.5 註解和參考文獻 292
12 平面固體氧化物燃料電池系統的模型預測控制
12.1 前言
12.2 控制目標
12.3 狀態估計：無跡卡爾曼濾波
12.4 穩態經濟最佳化
12.5 控制和模擬
12.5.1 線性MPC
12.5.2 非線性MPC
12.5.3 最佳化
12.6 結果和討論
12.7 註解和參考文獻
附錄A 性質和參數
A 1 參數
A.2 氣體性質
參考文獻
索引
1.1 燃料電池技術概述
1.1.1 燃料電池種類
1.1.2 平板式和管式設計
1.1.3 燃料電池體系
1.1.4 燃料電池的優缺點
1.2 造型、狀態估計和控制
1.3 書籍覆蓋範圍
1.4 書籍大綱
第一部分 基本原理
2 化學反應的第一性原理建模
2.1 熱力學
2.1.1 能量的形態
2.1.2 第一定律
2.1.3 第二定律
2.2 熱傳遞
2.2.1 傳導
2.2.2 對流
2.2.3 輻射
2.3 質量傳遞
2.4 流體力學
2.4.1 粘性流
2.4.2 速度分布
2.4.3 伯努利方程
2.5 變化方程式
2.5.1 連續性方程
2.5.2 格林函式的運動方程
2.5.3 能量平衡方程
2.5.4 連續性方程的種類
2.6 化學反應
2.6.1 反應速率
2.6.2 可逆反應
2.6.3 反應熱
2.7 註解和參考文獻
3 系統辨識 I
3.1 離散時間系統
3.2 信號
3.2.1 輸入信號
3.2.2 信號的光譜特性
3.2.3 輸入信號的持續激勵
3.2.4 輸入設計
3.3 模型
3.3.1 線性模型
3.3.2 非線性模型
3.4 註解和參考文獻
4 系統辨識 II
4.1 回歸分析
4.1.1利用外生輸入模型的移動平均自動回歸
4.1.2 線性回歸
4.1.3 線性回歸分析
4.1.4 加權最小二乘法
4.2 預測誤差方法
4.2.1 最優預測
4.2.2 預測誤差方法
4.2.3 獨立參數預測誤差法
4.2.4 PEM漸近方差屬性
4.2.5 非線性辨別
4.3 模型驗證
4.3.1 模型結構選擇
4.3.2 簡約原則
4.3.3 模型結構比較
4.4 經驗方法
4.4.1 非零處理
4.4.2 漂移干擾處理
4.4.3 魯棒性
4.4.4 額外的模型驗證
4.5 閉環辨識
4.5.1 直接閉環辨識
4.5.2 間接閉環辨識
4.6 子空間辨識
4.6.1 符號
4.6.2回歸分析法子空間辨識
4.6.3 範例
4.7 註解和參考文獻
5 狀態估計
5.1 隨機動態系統過濾技術進展
5.2 問題界定
5.3 狀態估計的序貫貝葉斯推理
5.3.1 卡爾曼濾波和擴展卡爾曼濾波器
5.3.2 無軌跡卡爾曼濾波器
5.4 範例
5.5 註解和參考文獻
6 模型預測控制
6.1 最先進的模型預測控制
6.2 基本原理
6.2.1 MPC 模型
6.2.2 自由與強迫回響
6.2.3 目標函式
6.2.4 限制條件
6.2.5 MPC規則
6.3 動態矩陣控制
6.3.1 預測
6.3.2 無變形控制移動的DMC
6.3.3 變形控制移動的DMC
6.3.4 DMC算法反饋
6.4 非線性MPC
6.5 非線性MPC通用最佳化準則
6.6離散模型：正交配置法
6.6.1預測時域方法1的正交配置1
6.6.2預測時域N的正交配置法
6.7 MPC優缺點
6.8 最最佳化
6.9 範例：混沌系統
6.10 註解和參考文獻
第二部分 管式固體氧化物燃料電池
7 管式固體氧化物燃料電池動力學模型：第一性原理方法
7.1 固體氧化物燃料電池堆疊設計
7.2 轉化過程
7.2.1 電化學反應
7.2.2 電動力學
7.3 擴散動力學
7.3.1 擴散傳遞函式
7.3.2 簡化的擴散傳遞函式
7.3.3 擴散動力學模型
7.3.4 擴散係數
7.4燃料輸送過程
7.4.1轉換/轉移反應
7.4.2傳質過程
7.4.3 動量傳遞
7.4.4能量轉移和熱交換
7.5空氣輸送過程
7.5.1 陰極通道的質量傳輸
7.5.2 陰極通道的動量傳遞
7.5.3 陰極通道的能量傳遞
7.5.4注入通道空氣
7.6 固體氧化燃料電池溫度
7.6.1 動力學能量交換過程
7.6.2熱傳導
7.6.3 對流
7.6.4 輻射
7.6.5 電池溫度模型
7.6.6 注入管溫度模型
7.7 最終動態模型
7.7.1 I/O 變數
7.7.2 狀態空間模型
7.7.3 模型驗證
7.8 模擬動力學屬性研究
7.8.1 擴散動力學
7.8.2 燃料輸送過程動力學
7.8.3 空氣輸送過程動力學
7.8.4 外部負載動力學
7.9 註解和參考文獻
8 管式固體氧化物燃料電池動力學模型：簡化的第一性原理方法
8.1 概要
8.1.1 過程變數的關係
8.1.2 功率輸出限制
8.2 固體氧化物燃料電池堆的低階狀態空間模型
8.2.1 物理過程
8.2.2 建模假設
8.2.3 I/O 變數
8.2.4 電壓
8.2.5 分壓
8.2.6 流速
8.2.7 溫度
8.3 非線性狀態空間模型
8.4 模擬
8.4.1 驗證
8.4.2 輸入階躍回響
8.4.3 干擾階躍回響
8.5 註解和參考文獻
9管狀固態氧化物燃料電池(SOFC)的動態模型建立與控制：系統識別方法
9.1 前言
9.2 系統識別
9.2.1 變數選擇
9.2.2 階躍回響測試
9.2.3 非典型性階躍回響
9.2.4 輸入設計
9.2.5 線性系統辨識
9.2.6 非線性系統辨識
9.3 PID 控制
9.3.1 設定點跟蹤
9.3.2 抗干擾
9.3.3 離散時間過程的內模控制
9.3.4 多環控制固體氧化燃料電池離散時間IMC套用
9.4 閉環辨識
9.5 註解和參考文獻
第三部分 板式固體氧化物燃料電池
10 板式固體氧化物燃料電池動態板式模型：第一性原理方法
10.1 前言
10.2 幾何學
10.3 堆疊電壓
10.4 質量守恆
10.5 能量守恆
10.5.1 集中動力學模型
10.5.2 詳細動力學模型
10.6 模擬
10.6.1 穩態回響
10.6.2 動態回響
10.7 註解和參考文獻
11 板式固體氧化物燃料電池系統動力學模擬
11.1 前言
11.2 燃料電池系統
11.2.1 燃料和空氣熱交換
11.2.2 重整裝置
11.2.3 燃燒器
11.3 連同電容器的固體氧化物燃料電池
11.4 模擬結果
11.4.1 燃料電池系統模擬
11.4.2 超電容器固體氧化物燃料電池堆
11.5 註解和參考文獻 292
12 平面固體氧化物燃料電池系統的模型預測控制
12.1 前言
12.2 控制目標
12.3 狀態估計：無跡卡爾曼濾波
12.4 穩態經濟最佳化
12.5 控制和模擬
12.5.1 線性MPC
12.5.2 非線性MPC
12.5.3 最佳化
12.6 結果和討論
12.7 註解和參考文獻
附錄A 性質和參數
A 1 參數
A.2 氣體性質
參考文獻
索引
