燃料电池空气供应系统的多目标优化及解耦控制策略OA

质子交换膜燃料电池(PEMFC)空气供应系统的动态特性影响其输出功率与能效。实际运行中,负载电流的频繁波动会引发阴极进气需求快速变化,如供气调整不及时,将制约系统高效运行并影响电池的寿命。针对上述问题,本研究首先构建包含电堆、空压机、供气管路等6个子模型的PEMFC空气供应系统多物理场机理模型,考虑了电化学反应和物质传输等过程。然后,采用非支配排序遗传算法获取不同电流下净功率与系统效率的帕累托解集,结合TOPSIS算法确定各工况对应的目标过氧比与阴极压力。最后,设计ESO-FOPID解耦控制架构,引入分数阶算子拓展PID参数,通过平衡优化器算法实现五参数协同优化,利用扩张状态观测器补偿内外部扰动与耦合干扰,实现双通道独立控制。仿真结果显示,所提策略的ITAE指标较传统PID降低21.2%,较单一FOPID降低9.9%。硬件在环测试验证了本策略的实时性,过氧比与阴极压力的RMSE分别为0.0573和0.1875,与仿真结果基本一致。本研究构建的机理模型与控制策略,为PEMFC空气供应系统的工程化应用提供了理论依据与技术支撑。