基于多阶滑模观测器的PEMFC发电系统输出净功率优化控制方法

摘要

为解决质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)系统空气压缩机寄生损耗与快速供给空气流量之间的关联耦合问题,并实现系统净功率提升及其波动率抑制,提出一种基于多阶滑模观测器(multi-order sliding mode observe,MOSMO)的净功率优化控制方法(net power optimization control method,NPOCM)。该方法是根据净功率、氧饱和度、负载电流的关联关系求解氧饱和度的最优运行轨迹,利用MOSMO和准连续高阶滑模(quasi-continuous higher order sliding mode,QCHOSM)实现对净功率的优化控制。其中MOSMO使用非线性高增益反馈的滑模算法使内部不可直接测变量在误差范围内迅速跟随系统实际值,实现氧饱和度的准确估计。QCHOSM算法通过对虚拟控制量(即实际控制量的导数或高阶导数)积分作用得到系统控制量在时间呈连续状态,有效减弱了不连续的高频控制切换项给被控对象带来的不利"抖振"现象,使氧饱和度响应速度快,超调小,加快氧饱和度的动态响应。最后,在RT-Lab半实物平台上进行对比试验验证,证明了所提出的NPOCM方法能够有效提高系统净功率和"削弱"系统抖振,且在抗扰动性、调节时间、超调量方面均具有较好的优越性。