《PEMFC-SC混合發電系統的無源非線性控制研究》是依託上海電力大學，由楊帆擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：PEMFC-SC混合發電系統的無源非線性控制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊帆
- 依託單位：上海電力大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目將質子交換膜燃料電池-超級電容混合發電系統作為研究對象，基於無源性理論對系統進行能量控制研究。首先，建立以非線性微分-代數方程描述的系統哈密頓模型；其次，基於哈密頓模型，套用無源性方法研究混合能量控制策略，從穩定性角度出發，解決系統能量流控制問題，研究系統全局穩定下的混合能量管理機制；再次，考慮負載未知，設計非線性觀測器為無源性控制器提供輸入信息；最後，採用強跟蹤濾波器線上估計出由於系統參數不準確所引起的等價輸入干擾，修正控制量，以補償時變參數和未知干擾信號對性能的影響，提出一種新型基於觀測器的自適應無源控制方法，實現系統母線電壓穩定、負載快速跟隨、提高系統暫態穩定多個控制目標。在理論結果的基礎上，基於dSPACE快速控制原型技術，探討基於無源性理論的混合發電系統的可實現條件，為建立具體混合能量控制系統的設計和運行提供依據。
結題摘要
本項目將質子交換膜燃料電池-超級電容混合發電系統作為研究對象，基於無源性理論對系統進行能量控制研究。首先，建立了混合系統的連線埠受控哈密頓（PCH）模型，設計了一種基於互聯與阻尼配置（PBC）策略。考慮了負載功率需求和超級電容荷電狀態對混合系統功率分配策略的影響，綜合考慮了混合系統的多種工作模式，並從理論上證明了閉環系統的漸進穩定性。考慮到系統參數擾動等原因，PBC控制器會在直流母線電壓上產生穩態誤差。為了消除這一穩態誤差，設計了外環PI控制器調節直流母線電壓。仿真結果表明，PBC-PI控制策略可合理調節系統功率平衡，穩定直流母線電壓；並改善閉環系統對於參數擾動的魯棒性。其次，為了提高母線電壓穩定速度，增強抗干擾性，結合有限時間控制理論和無源控制理論，針對無源控制中漸進收斂問題，運用有限時間控制理論，引入最終吸引子，改進漸進收斂性能為有限時間收斂提出一種新的有限時間無源控制方法。並考慮負載未知，設計有限時間觀測器為無源性控制器提供輸入信息； 最後, 考慮系統存在不確定性因素和隨機因素的影響，實際系統參數會發生變化，導致控制器參數與實際參數不一致，產生控制偏差。設計了一種基於等價輸入干擾的自適應無源控制方法。利用強跟蹤濾波器線上估計出系統參數變化所引起的等價輸入干擾，再由前饋補償器修正系統的控制量，仿真結果表明，當系統參數發生變化時，自適應無源控制的混合發電系統具有良好的魯棒性和控制性能。在理論結果的基礎上，基於直流電源、DC-DC變換器以及實時開發平台試驗驗證了控制系統的有效性。
