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质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cells简称PEMFC)具有启动速度快、携带方便、体积小等诸多优点,特别适用于电动汽车、潜艇、备用电源等领域,因此越来越受到世人的瞩目。本研究课题就是在此背景下提出的。质子交换膜燃料电池的运行温度是影响燃料电池的放电性能和使用寿命的重要因素,表现在:温度的适度升高可以提高电池的输出功率,但是当温度超出燃料电池的正常使用范围时就可能会对电池内部造成损坏,缩短电池的使用寿命,因此需要对燃料电池的工作温度进行有效的控制。PEMFC的温度控制系统表现出诸如:多输入多输出、耦合、时滞、时变性、非线性、不确定性、不确定性、信息量少、性能指标高等特点,对其控制具有较大难度。
本文采用一种基于T-S模糊模型的预测控制算法对PEMFC的温度进行控制,并且通过仿真试验得到较满意的控制效果。主要研究内容包括以下几点:⑴提出了一种基于改进GK聚类的建模方法,这种方法可以简化在模糊模型建模时的运算量,并且提高了模型的精确度。制定了一种数学函数,该函数可以对模糊模型输入变量的重要性进行排序选取,并结合最小二乘法和L-M优化算法给出了模糊建模的具体实现方法。⑵研究了基于T-S模糊模型的非线性模糊预测控制方法,可以运用T-S模糊建模方法把非线性系统转化成线性时变系统,这样就可以利用线性系统的预测控制方法来实现对非线性系统的控制。采用了状态空间模型形式表达非线性系统,可以更加方便直观处理多变量系统。⑶采用基于改进聚类算法的模糊建模方法和基于T-S模糊状态空间模型的非线性模糊预测控制方法,对PEMFC的温度系统进行模糊建模和预测控制,并且通过matlab软件对所研究的控制算法进行仿真,仿真结果证明了模糊预测控制在PEMFC的温度控制系统中可以较好的满足系统的控制要求,验证了该算法的有效性。