Maximum Power Point Tracking With Fractional Order High Pass Filter for Proton Exchange Membrane Fuel Cell

Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is widely recognized as a potentially renewable and green energy source based on hydrogen. Maximum power point tracking (MPPT) is one of the most important working conditions to be considered. In order to improve the performance such as convergence and robustness under disturbance and uncertainty, a fractional order high pass filter (FOHPF) is applied for the MPPT controller design based on the traditional extremum seeking control (ESC). The controller is designed with integerorder integrator (IO-I) and low pass filter (IO-LPF) together with fractional order high pass filter (FOHPF), by substituting the normal HPF in the original ESC system. With this FOHPF ESC, better convergence and smoother performance are achieved while maintaining the robust specifications. First, tracking stability is discussed under the commensurate-order condition. Then, simulation results are included to validate the proposed new FOHPF ESC scheme under disturbance. Finally, comparison results between FOHPF ESC and the traditional ESC method are also provided. © 2014 Chinese Association of Automation.

Elimination of Fuel Pressure Fluctuation and Multi-injection Fuel Mass Deviation of High Pressure Common-rail Fuel Injection System

The influence of fuel pressure fluctuation on multi-injection fuel mass deviation has been studied a lot,but the fuel pressure fluctuation at injector inlet is still not eliminated efficiently.In this paper,a new type of hydraulic filter consisting of a damping hole and a chamber is developed for elimination of fuel pressure fluctuation and multi-injection fuel mass deviation.Linear model of the improved high pressure common-rail system（HPCRS）including injector,the pipe connecting common-rail with injector and the hydraulic filter is built.Fuel pressure fluctuation at injector inlet,on which frequency domain analysis is conducted through fast Fourier transformation,is acquired at different target pressure and different damping hole diameter experimentally.The linear model is validated and can predict the natural frequencies of the system.Influence of damping hole diameter on fuel pressure fluctuation is analyzed qualitatively based on the linear model,and it can be inferred that an optimal diameter of the damping hole for elimination of fuel pressure fluctuation exists.Fuel pressure fluctuation and fuel mass deviation under different damping hole diameters are measured experimentally,and it is testified that the amplitude of both fuel pressure fluctuation and fuel mass deviation decreases first and then increases with the increasing of damping hole diameter.The amplitude of main injection fuel mass deviation can be reduced by 73%at most under pilot-main injection mode,and the amplitude of post injection fuel mass deviation can be reduced by 92%at most under main-post injection mode.Fuel mass of a single injection increases with the increasing of the damping hole diameter.The hydraulic filter proposed by this research can be potentially used to eliminate fuel pressure fluctuation at injector inlet and improve the stability of HPCRS fuel injection.

航空燃油系统双层方孔滤网过滤特性研究

双层方孔滤网作为航空燃油系统主要抗污元件,其过滤特性对航空燃油系统的可靠性具有重要影响。综合运用CFD-DEM耦合方法与可视化试验,研究方孔双层滤网动态过滤过程和流速、流量脉动对滤网过滤效率的影响。结果表明:受支撑网的影响,双层滤网精度提高,表面介质过滤和小于网孔颗粒成群卡滞网孔是滤网过滤初期的主要存在形式,滤网过滤中期逐渐形成颗粒层;流速对滤网过滤影响较小,敏感颗粒的过滤效率出现轻微波动,流量脉动对滤网过滤效率影响显著,脉动频率和幅值越大,滤网过滤效率越低;研究结果为方孔滤网的设计选型提供了有益的参考。

高性能机油净化碳基复合定型滤芯研制与应用

针对目前机油滤清器滤芯存在的机油净化性能差、使用寿命短等问题,通过活性炭与聚氨酯经插嵌微发泡复合定型,研发首创出具有开孔型微泡网状结构碳基复合定型滤芯,并研究其性能。结果表明,碳基复合定型滤芯属于过滤-吸附双效深层体型滤材,阻力小、流量大;通过开孔型微泡网状结构过滤作用和碳材料吸附作用的协同效应,显著提升机油净化性能、延长使用寿命;与德国马勒纸质滤清器相比,碳基复合滤清器在汽车90 km/h等速行驶测试中节约燃油达3.80%,4辆实车、累计66801公里行驶验证,碳基复合滤清器节约燃油3.17~3.33%。碳基复合滤清器节油效果显著,大规模推广与应用将产生巨大的经济效益和社会效益。

基于粒子滤波算法的质子交换膜燃料电池健康状态估计

质子交换膜燃料电池的老化过程影响其输出性能,为了更精确地控制输出功率,需要考虑燃料电池的老化和功率衰退趋势。以功率-电流曲线作为健康状态指标,在以往研究的基础上进行改进,考虑开路电压在老化过程中的变化,增加老化模型中老化因子的个数,建立了质子交换膜燃料电池功率和内部部件老化之间的映射关系,基于极化曲线推导了半机理功率衰减模型,并基于正则化粒子滤波算法设计了老化率模型,结合功率衰减实现对燃料电池健康状态的估计。在测试数据集上进行了仿真试验,并和试验测试数据进行对比,结果表明,该方法能对长期性能衰减模型进行预测,相比于已有的研究方法,该方法能通过老化率参考值和功率衰减模型更准确地估计质子交换膜燃料电池的健康状态和性能衰减趋势,随着训练时间的缩短,估计精度较之提升,尤其是在训练时间长度100h,估计时间长度250h,误差相对下降率达65.69%。

航空发动机泵用控制器一体化滤波组件设计

针对航空发动机燃滑油泵用控制器电磁兼容性(EMC)试验项目CE102和RE102,根据设备的特点,从设计要求、滤波电路设计和结构设计几方面进行了一体化滤波组件的总体方案设计。通过采用工程经验以及公式计算滤波器参数的方法设计的一体化滤波组件并不能使设备一次性通过电磁兼容性的全部试验项目考核,根据实际工况进行试验摸底测试,对未通过的试验项目的超标点进行分析与定位后,确定其原因是由于电路设计中无Y电容去泄放共模干扰,计算选用的共模电感的电感量偏小所致。结果表明:通过采取增加共模电感量和输出线屏蔽的措施和在设备输入端加装一体化滤波组件,消除或减小了其在电源线和信号线上产生的传导干扰,使试验项目顺利通过。

基于SSA-VMD和ITFPF的喷油器信号去噪方法

由于柴油机工作环境复杂多变,喷油器信号中包含较多噪声,导致诊断率低。为降低噪声的影响,提高故障诊断率,提出一种麻雀算法优化变分模态分解(SSA-VMD)和改进时频峰值滤波(ITFPF)结合的信号去噪方法。针对VMD受分解参数制约的问题,以能量分解因子为目标函数,通过SSA自适应地将信号分解成一系列IMF,以解决参数设置不当导致的模态混叠问题。TFPF的窗长选择不当会影响其滤波效果,由于排列熵能够度量非平稳信号的复杂度,以排列熵为适应度函数寻到最优窗长,使ITFPF兼顾信号保真和噪声压制。仿真和试验结果表明:SSA-VMD和ITFPF结合的方法降噪效果优于其他方法,并使故障识别率相比未优化VMD提高了10.13%。

柴油机喷油助燃再生系统微粒捕集器油气匹配研究

基于自行设计的微粒捕集器(DPF)喷油助燃再生系统,对燃烧器内以不同油气比混合燃烧后气体与柴油机排气混合形成的高温废气温度进行试验研究,并采用过滤体孔道内的热再生模型,对DPF喷油助燃再生过程进行数值模拟,模拟结果与DPF再生试验数据吻合良好。根据再生过程的仿真结果,以怠速工况下DPF再生时过滤体壁面峰值温度、温度梯度及再生时间等为条件,研究喷油助燃再生方式下燃烧器的油气配比问题,怠速工况下再生时油气比取0.025～0.016时能够实现合理匹配。

柴油低温流动性改进剂的合成及其效果研究

设计合成了丙烯酸高碳醇酯-丙烯腈共聚物(AEA)作为柴油低温流动性改进剂,评价了其使用效果,对其结构与性能的关系进行了初步研究.结果表明,具有合适的特性粘数(10～25 mL/g)和一定结晶度的聚合物能降低上海石化0#柴油冷滤点2～7℃;较佳聚合条件为:聚合温度80℃,丙烯酸酯与丙烯腈摩尔比4:1,引发剂(偶氮二异丁腈或过氧化苯甲酰)质量分数3%.加剂前后柴油DSC曲线表明:该聚合物的加入,延缓了柴油的结晶速度,使柴油中石蜡的结晶温度降低,从而改善了柴油的低温流动性.

基于ANSYS的高凝点柴油供油系统的温度场研究

冬季使用高凝点柴油时,因其低温流动性差会发生供油不畅或断油现象,温度是影响系统可靠性的重要因素.本文使用ANSYS软件对系统部件的温度场进行了分析,分析结果表明在外界环境温度为25℃柴油滤清器中的加热棒功率不能低于58W,否则系统不能正常工作;电加热输油管中的功率8W较为合适;ANSYS软件可准确的模拟实际中的温度场.通过实车验证,模拟结果与实际测量基本一致.

分布式发电中燃料电池并网的建模及其仿真

针对燃料电池通过逆变器并网产生大量谐波的问题,提出在燃料电池并网前加设一个谐波滤除装置,以达到减少燃料电池并网对电力系统的谐波污染的目的。通过Matlab/Simulink仿真软件建立了包含燃料电池,变频器,滤波器以及变压器的并网仿真模型,利用脉宽调制(PWM)技术控制变频器的占空比实现了对燃料电池输出电压的控制,经过滤波后通过变压器并入电网,有效地减少了燃料电池并网带来的谐波污染,提高了电能质量。仿真结果表明,该燃料电池并网模型结构简单,动态特性良好,为实现燃料电池安全高效地并入电网提供了理论和方法参考。

基于扩展卡尔曼滤波算法的燃料电池车用锂离子动力电池荷电状态估计

针对燃料电池汽车用锂离子动力蓄电池建立一个简单物理模型和一个复杂物理模型,它们分别以不同等效电路来描述电池的动态特性,然后将这两个物理模型中各物理量和状态量之间的关系表达成离散化的状态空间方程。在此基础上,利用在燃料电池汽车实车运行过程中测得的包括电流、电压等数据,基于扩展卡尔曼滤波算法对锂离子动力电池的荷电状态进行估计,并对利用两种模型进行估计的结果进行比较分析。分析结果表明,基于电池等效电路模型的卡尔曼滤波电池荷电状态估计算法是有效的,并且电池模型对估计结果的影响较大,利用精确的电池模型容易达到较高的估计精度。

高凝点柴油供油系统滤清器温度场研究

冬季由于环境温度的改变,供油系统结蜡车辆不能够正常运行,供油系统的结蜡主要出现在柴油滤清器.为了避免燃油系统结蜡,汽车必须更换低凝点燃油.论文通过加热的方式使得柴油滤清器中柴油温度升高,避免结蜡现象发生.本文应用ANSYS软件对柴油滤清器的温度场进行了模拟,结果表明:加热后滤清器内的柴油温度高于其冷滤点,能够保证柴油通过滤清器.通过实车进行验证,实测结果与模拟结果较为吻合,实验结果表明在环境温度为-25℃,加热器功率为58W时,柴油滤清器正常工作,系统能够保证车辆在冬季正常使用高凝点柴油.

柴油机微粒捕集器燃油添加剂催化再生的试验研究

通过在康明斯6BT5．9发动机柴油中加入某型燃油添加剂的试验表明，添加剂能使沉积在捕集器内的微粒在300～400％时起燃而使捕集器再生。同时分析了不同工况下，微粒累积与再生平衡温度点的变化及再生效果的优劣。对柴油机微粒捕集器再生技术的研究具有一定指导意义。

微粒捕集器喷油再生过程柴油消耗量最优控制

基于喷油助燃过程的热工机理,建立柴油消耗量真实目标泛函,并采用泛函分析与自适应变尺度混沌免疫算法相结合的方法对其进行融合处理,得出能计算喷油助燃过程中燃烧器内的烟气最优升温速度曲线和柴油消耗量最优控制的目标函数。研究结果表明:随喷油助燃再生时间不同,柴油消耗量最优值呈先减小后增加的趋势,当再生时间由8.0 min减小为5.0 min时,对应的柴油消耗量增加0.29倍;对喷油助燃再生柴油消耗量实现最优控制后,喷油助燃再生过程柴油消耗量降低25%～35%。

几种不同分子结构柴油降凝剂的降凝效果及其复配物的协同效应

研究了几种不同分子结构柴油降凝剂的降凝效果及其复配物的协同效应。结果表明：降凝剂的成核性能以及分散性能主要取决于其分子结构，其分子结构类型对不同降凝剂复配物在柴油中的协同效应有重要影响；透射电镜（TEM）分析结果显示，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）的成核性能较好，甲基丙烯酸十四酯-马来酸酐-甲基丙烯酰胺三元共聚物（MC14-MA—MCNR^1R^2）的分散性能较强，二者复配后在柴油中具有较好的降凝点和降冷滤点效果。在该复合降凝剂作用下的石蜡晶体颗粒分散均匀，且颗粒变小，约95％的粒径为30～40nm。借助TEM，用冷冻蚀刻法研究柴油的结晶形态以及降凝剂对柴油中石蜡晶体的作用机理是一种非常直观有效的途径。

飞机燃油系统污染控制

本文对飞机燃油系统的污染问题进行了分析 ,提出了污染控制的三种措施 ,特别是提出了在燃油系统中加装过滤器来控制燃油系统的污染度 ,并具体地阐述了过滤器的性能指标。

柴油机燃用Ce基FBC燃油颗粒物微观结构与化学分析

以环烷酸铈溶液作为燃油添加剂(FBC),依次按Ce元素质量比为50、100、150、300 mg/kg添加到柴油中,分别配制出F50、F100、F150和F300燃油。对共轨柴油机燃用铈基FBC燃油的燃烧颗粒,采用热重分析、气相色谱-质谱联用仪、扫描电镜和粒径分级采样的方法,研究了FBC燃油颗粒的氧化特性、可溶有机物组分(SOF)、粒径分布及微观结构。结果表明:随FBC掺混比的提高,颗粒物的氧化反应向着低温区域移动,含铈元素150 mg/kg时为最佳掺混比;与纯柴油颗粒相比,FBC颗粒的SOF中高碳原子数目下降,多环芳烃含量减少了49.2%;FBC颗粒粒径向着小粒径方向移动,核模态颗粒的数量浓度峰值增加了8.9%,而质量浓度峰值降低了14.5%;FBC颗粒物含有Ce元素质量分数为1.23%,其形貌为疏松多孔的海绵状,粘结程度明显降低。

甲基丙烯酸十六酯-乙酸乙烯酯低温流动性能改进剂的研制

以甲基丙烯酸、十六醇、乙酸乙烯酯为原料,用先酯化后聚合法设计并合成了甲基丙烯酸十六酯-乙酸乙烯酯共聚物,用作柴油低温流动性能改进剂。得到了制备该聚合物的最优反应条件,酯化:n甲基丙烯酸∶n十六醇=1∶1、w对甲苯磺酸=1.8%(以酸醇总质量计,下同),w二甲苯=105%、酯化时间90 min;聚合:w乙酸乙烯酯=30%,w过氧化苯甲酰=1.8%,反应时间4 h,反应温度80℃。改进剂加剂量9 490μg/g时,可使自制0#柴油冷滤点下降11℃。

一种柴油机排气微粒喷油助燃再生装置设计与试验研究

设计了一种柴油机排气加热装置。该装置的创新点在于从柴油机涡轮增压器取出新鲜二次空气供给燃烧器燃烧,加热排气。以BJ493ZQ3增压发动机为试验用发动机,将该装置加装在柴油机排气管尾端,应用于微粒捕集器喷油助燃再生中,对该装置应用的可行性进行了论证,对其加热能力进行了试验研究。试验表明,该排气加热装置能在发动机较大工况范围内快速加热排气到500℃以上,有效燃烧微粒使捕集器可靠再生,同时易于车载,较好解决了微粒捕集器热再生存在的问题。