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基于NSVB-MPC的PEMFC温度控制与输出特性优化OA

PEMFC temperature control and output characteristics optimization based on NSVB-MPC

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针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)在工作时,电堆温度会影响燃料电池的反应速率,同时负载变化易导致输出电压不稳定等问题,提出一种基于非线性稀疏变分贝叶斯学习(NSNB)模型预测控制策略.首先,在构建电化学模型、热模型及动态等效电路的多物理场耦合模型的基础上,采用优化的非线性稀疏变分贝叶斯学习模型预测控制策略对系统进行实时补偿.该策略通过融合稀疏贝叶斯学习与变分推理,为模型预测控制提供概率预测模型,从而量化模型的不确定性并实现特征稀疏化,减少冗余特征,提升小样本条件下的鲁棒性与计算效率.最后,通过仿真实验验证所提控制策略的有效性.实验结果表明:所提控制策略可有效降低燃料电池系统的电压振荡幅度,使质子交换膜燃料电池电压达到稳定状态;在相同扰动条件下,温度调节超调量最小,调节时间最短,表明系统拥有更优的鲁棒性和抗干扰能力.

In order to the issues that the stack temperature of proton exchange membrane fuel cell(PEMFC)can affect the reaction rate during operation,and load variations tend to cause unstable output voltage,a nonlinear sparse variational Bayesian model predictive control(NSVB-MPC)strategy is proposed.Based on a multi-physical field coupling model integrating electrochemical,thermal,and dynamic equivalent circuit models,the optimized NSVB-MPC strategy is used to realize real-time system compensation.This strategy can integrate sparse Bayesian learning and variational inference to provide a probabilistic prediction model for model predictive control,thereby quantifying model uncertainty,realizing feature sparsification,reducing redundant features,and enhancing robustness and computational efficiency under small-sample conditions.The simulation experiments verify the effectiveness of the proposed control strategy.The experimental results show that the proposed control strategy can effectively reduce the voltage oscillation amplitude of the fuel cell system and stabilize the voltage of PEMFC.Under the same disturbance conditions,the temperature regulation has the minimum overshoot and the shortest settling time,which indicates that the system possesses better robustness and anti-interference capability.

樊波;窦银科;马春燕;左广宇;王进;邢玉茹;刘源;李鹏越

太原理工大学 电气与动力工程学院 煤电清洁控制教育部重点实验室,山西 太原 030024太原理工大学 电气与动力工程学院 煤电清洁控制教育部重点实验室,山西 太原 030024太原理工大学 电气与动力工程学院 煤电清洁控制教育部重点实验室,山西 太原 030024太原理工大学 电气与动力工程学院 煤电清洁控制教育部重点实验室,山西 太原 030024太原理工大学 电气与动力工程学院 煤电清洁控制教育部重点实验室,山西 太原 030024太原理工大学 电气与动力工程学院 煤电清洁控制教育部重点实验室,山西 太原 030024太原理工大学 电气与动力工程学院 煤电清洁控制教育部重点实验室,山西 太原 030024太原理工大学 电气与动力工程学院 煤电清洁控制教育部重点实验室,山西 太原 030024

信息技术与安全科学

PEMFC稀疏变分贝叶斯学习模型预测控制电化学模型温度控制电压控制

PEMFCsparse variational Bayesian learningmodel predictive controlelectrochemical modeltemperature controlvoltage control

《现代电子技术》 2026 (16)

18-24,7

国家重点研发计划(2021YFC2801205)国家自然科学基金区域创新联合基金重点项目:极地综合能源系统清洁低碳安全运行与协同控制理论和方法(U23A20649)国家自然科学基金青年基金(42306260)

10.16652/j.issn.1004-373X.2026.16.004

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