[发明专利]基于分数阶滑模变结构SOFC系统热电协同控制方法

权利要求书

1.基于分数阶滑模变结构SOFC系统热电协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采集SOFC系统不同输入参数组合下的系统状态及输出参数，通过系统辨识的方法得到全负载区间稳态功率与温度、效率响应特性、旁路阀开度BP对效率优化的影响函数和指定负载切换区间及延时条件下的效率优化函数；

S2、基于所述全负载区间稳态功率与温度、效率响应特性、旁路阀开度BP对效率优化的影响函数和指定负载切换区间及延时条件下的效率优化函数获取系统的局部最优稳态操作函数、拓展形成稳态下全局优化函数和不同切换负载区间不同延时条件下的功率跟踪函数；

S3、根据所述最优稳态操作函数、拓展形成稳态下全局优化函数和指定负载切换区间及延时条件下的效率优化函数计算得出滑模区间；

S4、根据所述滑模区间、全负载区间稳态功率与效率相应特性、指定负载切换区间及延时条件下的效率优化函数和不同切换负载区间不同延时条件下的功率跟踪函数计算得出系列趋近律函数；

S5、通过分数阶优化法对所述系列趋近律函数消除抖震，通过计算求解出趋近律。

2.根据权利要求1所述基于分数阶滑模变结构SOFC系统热电协同控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，通过运行电堆的分布式节点模型获取电堆内部温度分布参数。

3.根据权利要求2所述基于分数阶滑模变结构SOFC系统热电协同控制方法，其特征在于，所述电堆的维数为一维。

4.根据权利要求1所述基于分数阶滑模变结构SOFC系统热电协同控制方法，其特征在于，所述步骤S2中局部最优稳态操作函数的确定方法,包括以下步骤：

固定工作电流Is和旁路阀开度BP，得到以燃料利用率FU为横坐标、以空气过量比AR为纵坐标的输出性能图谱；

对于所述输出性能图谱，固定工作电流Is，得到不同旁路阀开度下以燃料利用率为横坐标、以空气过量比为纵坐标的输出性能图谱；

遍历不同工作电流Is的值，获取任一操作点下的系统输出性能；

面向负载跟踪，针对任意功率的稳态输出需求，确定与该需求对应的最优稳态操作函数。

5.根据权利要求1所述基于分数阶滑模变结构SOFC系统热电协同控制方法，其特征在于，所述步骤S1中电堆内部温度分布参数是通过电堆内部温度梯度观测器来获取的，所述电堆内部温度梯度观测器的构建包括以下步骤：

建立基于线性化状态空间方程涉及降维龙伯格观测器；

假定电化学反应是瞬间完成的，进行准静态假设后，模型为：

dx1dt=f1(x1,y,u,w)dydt=f2(x1,y,u,w)---(1)]]>

其中x1为前四个节点的固体层温度和空气层温度，y为第五个节点的固体层温度和空气层温度；

u=FcainFaninT,w=Itot,]]>

对以上模型，设计如下形式的观测器：

dx^1dt=f1(x^1,y^,u,w)+Lvdy^dt=f2(x^1,y^,u,w)-v---(2)]]>

其中和分别是x₁和y的估计；L是待求增益，v是估计值与实际值之间的误差，u为输入的阳极燃料流量和阴极燃料流量，W为电堆的输出电流；

为求解增益L，先将模型进行线性化成如下形式：

dx1dt=A11x1+A12y+B1u+C1wdydt=A21x1+A22y+B2u+C2w---(3)]]>

对比非线性模型，验证线性化后模型的准确度，然后根据SOFC气、固体间热传递响应速度差异很大的特性，对模型进行如下分解：

气体热传递模型：

dxair1dt=Aair11x1+Aair12y+Bair1uair+Cair1wdyairdt=Aair21x1+Aari22y+Bair2uair+Cair2w---(4)]]>

固体热传递模型：

dxsol1dt=Asol11x1+Asol12y+Bsol1usol+Csol1wdysoldt=Asol21x1+Asol22y+Bsol2usol+Csol2w---(5)]]>

对以上的气体热传递模型和固体热传递模型，分别用线性理论设计观测器，求解出各自对应的观测器增益L₁和L₂，然后用如下方法构造出非线性观测器增益矩阵L：

L=L1(1,1)0L1(2,1)0L1(3,1)0L1(4,1)00L2(1,1)0L2(2,1)0L2(3,1)0L2(4,1)T---(6)]]>

其中：

[L₁(1,1) L₁(2,1) L₁(3,1) L₁(4,1)]^T＝L₁

[L₂(1,1) L₂(2,1) L₂(3,1) L₂(4,1)]^T＝L₂。