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城市客车燃料电池热管理系统控制策略设计
| 论文题名： | 城市客车燃料电池热管理系统控制策略设计 |
| 关键词： | 燃料电池客车;热管理系统;PID控制;模糊规则 |
| 摘要： | 燃料电池尤其是质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）因其功率密度高、启动迅速及环境友好等优点备受关注，是理想的新能源车动力系统之一。PEMFC在工作时约有50%的化学能以热能形式输出，散热难度大，制定有效的热管理系统控制策略保证燃料电池温度控制的稳定性和鲁棒性，对于燃料电池输出性能、安全和使用寿命至关重要。 以某城市客车燃料电池热管理系统为研究对象，基于燃料电池极化损失理论，在MATLAB/Simulink平台搭建两组燃料电池电压模型并测试验证模型的准确性，采用更能够反映城市客车燃料电池工作过程和响应特性的燃料电池电压模型，并分析燃料电池温度特性。基于燃料电池产热与散热机理分析，搭建燃料电池热模型，对水泵、散热器风扇等冷却设备进行参数匹配与模型搭建，完善燃料电池热管理系统模型。 基于燃料电池热管理系统模型，对传统控制器进行改进，通过引入模糊规则调整PID控制器参数，设计了模糊PID（Fuzzy PID,FP）控制器，通过引入伸缩因子模糊控制器实时调控FP中量化因子和比例因子，提出了基于变论域模糊PID（Variable Universe Fuzzy PID,VUFP）的热管理系统控制策略，实现对FP控制器中模糊论域的收缩与膨胀，提高控制系统的稳定性。设置PID及FP控制器为对照实验组，对比分析冷却水入堆温度、出堆温度、温差、冷却水流量及散热器风量响应工况变化情况，同时对影响温度控制效果的膜水含量、风速和环境温度三个因素进行鲁棒性分析，结果表明VUFP热管理系统控制策略能够减小超调量、缩短稳定时间，有效抑制外界环境的影响，提高控制系统的抗干扰性及鲁棒性。 VUFP控制器避免了FP控制器缺乏模糊规则和PID不能自适应调节参数导致控制效果较差的现象，改善了在燃料电池功率较大且负载电流阶跃变化时，传统控制器存在稳定性和鲁棒性较低等问题，实现了城市客车燃料电池温度及电堆出入口温差的高精度控制。 |
| 作者： | 金红超 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 何锋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 贵州大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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