[发明专利]一种改进粒子群PID的燃料电池阴极压力控制方法

说明书

本发明公开了一种改进粒子群PID的燃料电池阴极压力控制方法，基于Matlab/Simulink仿真平台建立质子交换膜燃料电池气体动态模型，通过该动态模型得到燃料电池的气体压力；采用改进粒子群算法对PID控制参数进行优化；将优化的控制参数赋值给PID控制器，通过对风机电压进行调节，输出气体流量，从而有效控制燃料电池气体压力，减小负载电流扰动时的超调量并提升调节速度，降低压力波动对质子膜的影响，能够实现对质子交换膜燃料电池阴极压力的有效控制。

技术领域

本发明涉及燃料电池进气系统管理技术领域，尤其涉及一种改进粒子群PID的燃料电池阴极压力控制方法。

背景技术

传统化石能源对环境造成很大污染，氢能是目前世界公认的碳排放量最低但发电效率最佳的能源技术。因此，将氢能源技术用在新能源汽车和电站已经成为世界各国关注的热点之一。燃料电池内部的气体压力与燃料电池的运行性能之间有密切关系，当电池负载变化时，电池催化层因氢氧电化学反应产生大量水，又因气体消耗导致气压下降，使生成水无法及时排出并在膜电极附近聚集，将Pt催化剂淹没，从而阻碍氢气和氧气在催化层的吸附和解离效率，影响氢氧化学反应发生速率，导致燃料电池输出性能降低。此外，随着燃料电池的运行使用，质子膜上的Pt催化层会不可避免的脱落，造成质子膜的机械强度下降，过大的气体压力波动反而会损害电池内部质子交换膜并使催化层上的Pt催化层更快脱落，造成电池使用寿命快速下降。

目前常将模糊控制器、神经网络等智能方法与PID控制器结合，但这类方法仅是根据系统被控误差的变化对PID已设定的控制参数进行动态调节，而这些初始控制参数是人为设定，不能对质子交换膜燃料电池阴极压力的有效控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进粒子群PID的燃料电池阴极压力控制方法，能够对质子交换膜燃料电池阴极压力的有效控制。

为实现上述目的，本发明提供了一种改进粒子群PID的燃料电池阴极压力控制方法，包括以下步骤：

基于仿真平台建立质子交换膜燃料电池气体压力动态模型，并根据期望压力值与实际压力值计算ITAE性能指标；

采用改进的粒子群算法，按照所述ITAE性能指标对构建的PID控制器的控制参数进行优化；

将优化后的控制器比例、积分和微分项参数赋值给所述PID控制器，并基于PID控制律对燃料电池气体压力进行控制。

其中，基于仿真平台建立质子交换膜燃料电池气体压力动态模型，并根据期望压力值与实际压力值计算ITAE性能指标，包括：

基于Matlab或Simulink仿真平台，按照理想状态气体方程与质量守恒定律，构建质子交换膜燃料电池气体压力动态模型；

基于所述质子交换膜燃料电池气体压力动态模型构建对应的PID控制器，并根据期望压力值与实际压力值计算ITAE性能指标。

其中，采用改进的粒子群算法，按照所述ITAE性能指标对构建的PID控制器的控制参数进行优化，包括：

获取粒子群的种群规模和迭代次数阈值，并在对应的搜索空间内初始化所述粒子群的初始位置和初始速度；

将所述粒子群的对应数值赋值给所述PID控制器，并根据所述ITAE性能指标对所述PID控制器的控制参数进行优化。

其中，根据所述ITAE性能指标对所述PID控制器的控制参数进行优化，包括：

根据所述ITAE性能指标得到指标粒子，并构建粒子群算法更新每个粒子的惯性权重；

将每个粒子对应的数值赋值给所述PID控制器，并更新个体极值和群体极值，直至达到迭代阈值，得到优化后的参数集合。