燃料电池空气进气子系统解耦控制及HiL验证

摘要

针对质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)系统的空气进气子系统，研究其阴极进气流量和阴极压力的非线性解耦及跟踪控制。分析空气进气子系统中，控制变量(空压机角速度、背压阀开度)与输出变量(阴极进气流量、电堆阴极压力)的非线性和强耦合动态特性，建立面向控制的四阶非线性动态模型。基于微分几何输入输出解耦理论，对输入变量和输出变量进行解耦，获得对应的线性化标称模型。利用极点配置方法，分别设计进气流量与阴极压力的PID跟踪控制器。基于STM32微控制器，开发具有自主知识产权的燃料电池控制器(fuel-cell control unit, FCU),并搭建相应的硬件在环(hardware in loop, HiL)验证系统，对所开发的FCU控制器和算法进行性能验证。

关键词

质子交换膜燃料电池 / 空气进气系统建模 / 输入输出解耦 / 跟踪控制