基于LS-SVM的燃料电池控制建模的研究

由于直接甲醇燃料电池数学模型的复杂性难以满足工程上对DMFC控制系统的设计,提出一种基于最小二乘支持向量机建模算法,用具有RBF核函数的LS-SVM离线建立DMFC电堆的非线性模型;仿真和实验结果表明了该建模方法具有建模简单、模型精度高等优点,亦证明了该算法的有效性和优越性。研究结果对直接甲醇燃料电池控制系统的建模和控制具有一定的实用价值。

基于硅的微型燃料电池的研究

介绍了基于硅的微型燃料电池的国内外研究动态,总结了微型燃料电池的研究成果,并对其制作方法中的关键技术进行了阐述。在此基础上,根据微通道的特性,分析了电极板上各种不同截面形状的气道对微型燃料电池性能的影响。当由气道决定的水力直径Dh由大变小时,在同样的实验条件下,电池性能开始逐渐变好,达到一个最佳值后,性能又逐渐下降。

微型燃料电池制备及其微通道摩擦性能的研究

阐述了微型燃料电池的制备过程,结合传统燃料电池数学理论和微流体力学,建立了微型质子交换膜燃料电池(μPEM FC)的数学模型,分析了微通道特性(如摩擦系数和水力直径等)对微型燃料电池性能的影响.结果表明:运用F luen t软件对模型进行计算的仿真结果与公开实验数据基本符合,验证了模型正确性;而传统模型的仿真结果小于真实值;当气道的水力直径Dh从348降至100时,电池性能有所上升;而当Dh值降至61.1时,其性能有所下降.

燃料电池-光伏混合发电系统建模与仿真

燃料电池-光伏混合发电系统的动态特性和控制技术直接影响它的动态性能。为了研究发电系统的动态特性,首先建立了燃料电池-光伏混合发电系统的动态数学模型,模型包括燃料电池、光伏电池、蓄电池和DC-DC变换器等部分,得到五阶非线性系统数学模型。采用滑模控制技术设计混合发电系统控制器。最后仿真分析了混合发电系统的动态特性和控制器的性能。在负载和光照、温度等干扰作用下,对3kW的发电系统进行仿真。仿真结果表明滑模控制器能够对发电系统进行有效控制,发电系统具有良好的动态特性,能够满足实际使用需要。

质子交换膜燃料电池故障诊断

近些年来,对质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统的研究有了很大的进展,但仍有许多问题尚未解决,特别是故障诊断和系统稳定性问题。针对PEMFC的两种典型故障——电极水淹和质子交换膜脱水进行研究,提出一种适于在线故障诊断的模糊模型,并用蚁群算法对模型参数进行优化。最终通过对模型输出的大小和变化率设定两个阈值,得出了判别两种故障的方法。

喷射器在燃料电池阳极循环回收系统中的应用

在燃料电池阳极系统中,使用喷射器装置将阳极未反应完的燃料循环回收,可以在保证燃料充分供应的同时,避免由于燃料浪费而导致整个系统效率降低。在完成喷射器的设计和模型之后,将其与燃料电池及其他装置集成,实现了完整的燃料电池阳极循环回收系统模型。在MATLAB/SIMULINK环境里,采用比例-积分-微分(PID)方法控制阳极的湿度和压力,实现了燃料电池阳极系统的实时仿真运行,运行性能稳定。

基于神经网络辨识的质子交换膜燃料电池建模

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统过于复杂,难以建模,而已建立的模型难以满足PEMFC控制系统设计和应用的要求。本文利用神经网络具有逼近任意复杂非线性函数的能力,将神经网络辨识方法应用到PEMFC强非线性系统的建模中,避开了PEMFC系统内部的复杂性。模型以电池工作温度为神经网络辨识模型的输入量,电池电压、电流密度为输出量,利用500组实验数据作为训练样本,采用改进型BP算法,建立了不同温度下电池电压-电流密度动态响应模型。仿真结果表明,方法可行,建立的模型精度较高,从而为设计PEMFC实时控制系统奠定了基础。

基于自适应模糊神经技术的质子交换膜燃料电池建模与控制

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是21世纪最有生命力的发电技术之一。本文从PEMFC实际应用的角度出发,应用自适应模糊神经网络技术对PEMFC系统进行建模与控制。在建模与控制过程中,将训练好的网络模型作为PEMFC控制系统的参考模型,并在线对控制模型参数进行自适应调整。所设计的控制器的性能在仿真和试验结果中得以证明。

微尺度学在微型燃料电池数学模型中的应用

以微型质子交换膜燃料电池(μPEMFC)为研究对象,结合传统燃料电池的数学理论,运用微尺度流体学,建立了电池的数学模型。该模型根据动量守恒、质量守恒以及电化学、微/纳米尺度流体学,分析了微通道特性对电池性能的影响。通过仿真曲线与已公开的实验结果地比较,验证了模型的准确性。

燃料电池分散发电系统阳极部分的建模和控制

燃料电池分散发电系统要求安全性、可靠性和持久性,系统控制十分重要,而用户的实时功率需求以及多设备多仪表多性能参数的特点使整个系统的实时控制变得复杂。该文主要介绍发电系统阳极部分的结构设计和控制实现方法。系统参数关系的强非线性要求控制必须以动态仿真模型为基础。在实时数据的基础上进行物质量上的反馈计算,能够使进入电堆阳极的氢气在系统运行过程中始终维持在理想的湿度水平。将二次型性能指标引入单神经元自适应PID控制,通过调节二级减压阀的气体流量,可以很好地维持电堆膜阳极侧压力始终与阴极侧压力保持理想的压力差水平。经仿真验证系统运行性能良好。

质子交换膜燃料电池的神经网络建模与控制

该文从设计质子交换膜燃料电池(PEMFC)控制方案的角度出发,首先提出了采用E lm an动态神经网络对PEMFC系统进行建模的新方法,以实验中采样到的PEMFC系统的工作温度输入输出数据训练网络,并采用动态反向传播学习算法根据误差不断调整网络参数直至达到要求精度;E lm an神经网络辨识可使辨识过程简化并提高了辨识精度。然后在此基础上设计了自适应模糊神经网络控制器。最后的仿真实验以E lm an神经网络模型为参考模型,使用自适应神经网络控制算法控制PEMFC的工作温度,取得了较好的控制效果。结果显示所设计的控制系统适合于控制PEMFC这样一类复杂非线性系统。

质子交换膜燃料电池发电系统建模与分析

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统进行动态建模和分析,模型包括质子交换膜燃料电池,供气系统和直流-直流(DC-DC)变换器等部分。首先建立用于预测燃料电池电化学特性和反应气体压力特性的集中参数动态模型,同时给出了供气系统和DC-DC转换器的动态模型,也给出了比例积分型DC-DC变换控制器的设计方法。然后仿真和分析了PEMFC发电系统对快速变化负载的动态响应。采用Matlab-SIMULINK软件对5kW的PEMFC发电系统进行仿真。仿真结果表明系统模型结构简单,计算量小;PEMFC发电系统能够满足快速负载功率需求,满足不同负载的使用要求。

基于Fluent的微型燃料电池阴极建模

实验发现,微电子器械系统中的流体力学行为与其对应的宏观规律并不相同。该文基于计算流体力学软件-F luent,结合传统燃料电池数学理论,以微型质子交换膜燃料电池(μPEMFC)为研究对象,运用微尺度流体力学,建立了电池的阴极数学模型。该模型根据动量守恒、质量守恒、能量守恒以及电化学、微米/纳米尺度流体力学,分析了阴极扩散层中氧气的摩尔分数分布以及催化层中氧气的反应速率,并与传统燃料电池模型进行了比较,指出了微型燃料电池的特殊性。

面向控制的PEMFC膜阻抗模型的改进研究

PEM燃料电池建模不论对电池研制还是操作都具有重要意义。该文针对控制的需要，集中研究质子交换膜燃料电池膜阻抗部分的模型。首先根据机理研究结果分析，质子交换膜的阻抗性质可以简化为电流密度和工作温度的函数关系，然后以复杂的机理分析模型为基础，结合经验的数据分析技术，对膜阻抗提出了适合控制的改进型简化模型。最后对多组不同实验数据的验证结果表明，该膜阻抗模型可以在电流密度为0～0．9A／cm的范围内准确的预测各种Nafion117膜的阻抗特性。

平流层飞艇表面接收太阳能的建模与分析

平流层飞艇依靠艇载自主光伏发电系统摄取太阳辐射能来达到长期自主飞行和悬停,可应用于无线通信、空间观测和军事侦察等领域,成为当前各国研究的热点之一。分析和计算飞艇表面接收的太阳辐射能是光伏系统设计的基础。文中首先建立飞艇表面接收的辐射能量数学模型,它描述了飞艇的工作纬度、飞行方向、表面形状和接收的太阳辐射能量的关系。然后模拟分析飞艇的工作纬度、飞行方向和表面形状对接收的辐射能量的作用。结果表明:飞艇的工作纬度和飞行方向影响飞艇表面接收的辐射能量的大小和时间分布;飞艇表面的不同部分接收的辐射能量是不同的,在飞艇表面合理覆盖光伏阵列是飞艇光伏系统设计的重要任务。

光伏-氢能自主发电系统稳态建模与分析

对光伏-氢能自主发电系统进行建模和分析是设计和应用的基础,提出了包括光伏电池、可再生燃料电池和蓄电池的稳态数学模型,仿真和分析光伏-氢能自主发电系统长期运行的性能。利用建立的数学模型来分析和比较两类光伏-氢能自主发电系统:光伏电池-可再生燃料电池-蓄电池系统(PVRFCBAT)和光伏电池-可再生燃料电池系统(PVRFC)的性能。仿真结果表明PVRFCBAT发电系统的经济性能、效率和可再生燃料电池的使用寿命优于PVRFC发电系统,但它的结构较为复杂,蓄电池使用寿命较短。

PEMFC的通用稳态电压模型的开发

为了进行电池控制设计而为电池输出电压建立模型。在分析大量文献的机理模型和经验模型的基础上,将机理和经验两种建模方法良好结合,重点是改进电池膜阻抗部分的模型,目的是使得到的PEMFC电压模型因为基于机理基础而具有灵活的有效性,同时又有经验的形式而具有适合控制的简单性。多组PEMFC实验数据的验证表明,提出的膜阻抗模型能够在电流密度为0～0.9A/cm的范围内准确预测各种Nafion117膜的阻抗,电压模型能够在很大的电流密度范围内,适用于具有不同反应面积和不同特点Nafion膜的PEM燃料电池,因此是PEM燃料电池发电系统仿真和设计分析的一个很有用的工具。

PEMFC分布式发电系统动态协调控制仿真

对为建筑提供热电联供的60 kW PEMFC分布式发电系统进行研究,并根据物质的动态流动和电化学反应过程建立了发电系统模型,针对系统对发电效率和稳定运行的要求,以及多参数非线性强动态耦合的特点,对系统的控制设计不再强调某个参数,而是着眼于整个系统的协调运行。模拟15个家庭一天典型的电能需求进行了系统的动态仿真实验,实验结果说明,提出的系统控制方案可行,工作点的优化搜索能够使系统良好的响应实时负载,单神经元PI解耦控制器则使系统始终在理想的压力和湿度条件下稳定运行。这些将为系统的进一步优化设计和开发应用提供指导。

PEMFC的模糊辨识和非线性预测控制

质子交换膜燃料电池 (PEMFC)是 2 1世纪最有前景的发电技术之一。该文针对PEMFC等一类具有严重非线性的复杂被控对象 ,提出一种基于模糊模型的非线性预测控制算法对PEMFC系统进行建模与控制。在建模与控制过程中 ,采用模糊聚类和线性辨识方法在线建立PEMFC控制系统的T -S模糊预测模型 ,然后基于分支定界法的基本原理对控制量进行离散寻优 ,从而实现PEMFC的非线性预测控制。

PEMFC的PSO优化LS-SVM动态建模仿真

质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种电化学反应装置,湿度管理对于它的运行性能十分关键。为了建立相应的动态模型,采用了最小二乘支撑向量机(LS-SVM)算法,并使用微粒群算法(PSO)对LS-SVM模型参数进行了自动优化。这种方法建立的动态数学模型能够以进气湿度和工作电压为输入量预测输出的电流密度。仿真结果显示,模型的预测值和实验数据间的平均平方相对误差小于0.0001,能够达到很好的预测精度。因此,这种优化建模策略可以有效的应用到PEMFC研究中。