质子交换膜燃料电池(PEMFC)的智能建模优化与控制研究

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1、学科门类：工学分类号：TP2_f89297单位代码：10248密级：公开申请上海交通大学博士论文质子交换膜燃料电池(PEMFC)的智能建模优化与控制研究学科专业：控制理论与控制工程研究方向：燃料电池系统建模优化与控制姓名：任远导师：曹广益教授上海交通大学二oo九年四月r’’：●：．'：j，r■■ADissertationSubmiRedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofPhilosophyDoctorINTELLIGENTMODELLING,OPTIMIZATIONANDCONTROLoFPROToN

2、EXCHANGEMEMBRANEFULECELLSGENERAl’IoNSYSTEMMajor：ControlTheoryandEngineeringResearch：FuelCellSystemModelingandControlName：RenYuanSupervisor：CaoGuangyiprofessorShanghaiJiaoTongUniversityApril，2009■上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人

3、或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：彩逗日期：of年够月功Et●上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在一年解密后适用本授权书。本学位论文属于／不保密留。(请在

4、以上方框内打“4")基日卜，瑶斟Ⅲ名事獬户币兀i扩、吃黼伽象期逸、影日者≠懈阵姗彬矽●．上海交通大学博士学位论文答辩决议书所在姓名任远学号0040322002控制理论与控制工程学科指导教师曹广益答辩2009．．04．．27答辩上海交通大学徐汇校区教学二楼226日期地点论文题目质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统的智能建模优化与控制研究‘投票表决结果：5／r／1-(同意票数／实到委员数／应到委员数)答辩结论：1【撕过口未通过评语和决议：质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统的建模与控制策略研究是燃料电池发电中的关键技术之一，本课题是结合燃料电池研

5、究所承担的相关国家项目，研究了PEMFC发电系统的智能建模优化与控制问题，选题具有重要理论意义和应用价值。主要成果如下：l、根据燃料电池的实验模型以及电池的外部观测数据，定量分析了运行参数以及质子交换膜、电流密度对电池输出性能和寿命的影响。2、建立了PEMFC发电系统的仿真模型，采用了动态前馈控制器加PI反馈控制器，将阴极氧气化学计算量控制在所需水平，使燃料电池发电系统达到好的抗干扰性能，获得所期望的的净输出功率。3、为避免因氧气不足造成电池电压迅速下降，导致电池短路和损坏质子交换膜，提出了基于非线性干扰观测器控制的PEMFC发电系统方案，设计了基于

6、PSO整定的PID控制器以及非线性观测器。通过干扰观测器对电堆电流的前馈补偿，提高了PEMFC系统的稳态性。4、采用微粒群优化算法对PID控制器参数进行优化，研究结果表明该方法比基于GA调整的算法具有更高的效率。5、提出了采用基于’SⅥ瓜的预测模型和PSO的滚动优化算法对PEMFC阴极氧气化学计算量进行预测控制，仿真结果验证了智能预测控制的良好性能。论文立论正确，阐述清楚，理论分析与仿真研究相结合，取得了创新性成果，表明作者在控制理论与控制工程学科掌握了坚实宽广的基础理论与系统深入的专业知识，具备了独立从事科学研究的能力。答辩中阐述清楚，回答问题正确

7、。经答辩委员会无记名投票，一致通过论文答辩，并建议授予任远同学工学博士学位。舻d．e-月z7翻职务姓名职称单位签名主席陈国呈教授上海大学自动化系博阁呈答生迭I垃辩委员朱新坚教授上海交通大学委委员王绍荣研究员(自然科学)中科院上海硅酸盐研究所溉员会委员施颂椒教授上海交通大学描≮聪成员委员花宗正研究员(自然科学)上海电器科学研究所夏f女占’签委员名委员．^秘书余晴春副教授上海交通大学稳，蚴上海交通大学博士学位论文摘要质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统的智能建模优化与控制研究摘要能源短缺是世界发展面临的问题。燃料电池的高发电效率、高可靠性、低噪声、零

8、排放的环境效益使其迅速成为二十一世纪解决能源问题的一种非常合适的能量转换装置。其中，质子交换膜燃料电池(PE