PEMFC電堆溫度分數階控制策略及其網絡時延特性研究
發(fā)布時間：2020-12-31 07:47
研究表明,分數階微積分方程在控制領域更準確地描述復雜控制系統的數學模型。與傳統的PID控制器相比,將分數階PIγDμ控制器應用于網絡遠程控制系統,使系統具有更好的控制效果和延時性能。本文以分布式PEMFC電堆溫度控制系統為研究對象,介紹了分數階微積分的相關理論基礎、PEMFC電堆溫度控制系統建模過程、網絡控制中的時延、模糊匹配控制等,提出并設計了一種基于模糊匹配規(guī)則且可調階次的分數階PIλDμ控制器,進行了對比仿真實驗,驗證了其穩(wěn)定、可靠的控制性能和具有較好的時延特性,將其應用于質子交換膜燃料電池電堆溫度控制系統中,取得了良好的控制效果。研究設計工作內容如下:(1)在時變分數階微積分理論的基礎上,采用改進的Oustaloup分數階算子近似化方法并結合模糊匹配控制理論,設計了一種對任意微分算子階次可調的PIλDμ控制器,簡化了分數階PIλDμ控制器的設計復雜程度,根據參數整定規(guī)則確定了分數階PIλDμ控制器各環(huán)節(jié)系數,分析了可調參數對分數階PIλDμ控制器控制性能的影響;對比整數階PID控制器,仿真驗證了分數階PIλDμ控制器的穩(wěn)定性和優(yōu)越性。(2)將設計的可調分數階PIλ0μ控制器應用...
【文章來源】：湖南理工學院湖南省
【文章頁數】：67 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
整數階PID控制系統結構框圖
控制系統結構圖分數階 控制器的傳遞函數可表示為( )( )( )ifc p dU skG s k k sE s s （2-40）其中pk 、ik 、 、dk 、 分別為比例系數、積分增益、積分階次、微分增益和微分階次，通常情況下 ， 取（0，2）之間的任意實數。在 t 0時，控制器輸出 u (t )與系統誤差 e (t )關系如下( ) ( ) ( ) ( )p i du t k e t k D e t k D e t （2-41）由于引入分數階次 ， ，分數階 控制器又增加了兩個可調參數，使參數的整定靈活性增強，因此具有更佳的控制性能。從圖 2-3 中可知，分數階次 ， 可以取任意實數，傳統整數階 PID 控制器僅是分數階 控制器中 ， 取值為 0 或 1 時的特例。當 0， 0時，為整數階 P 控制器；當 1， 0時，為整數階 PI 控制器；當 0， 1時，為整數階 PD 控制器；當 1， 1時，為整數階 PID 控制器；所以分數階 控制器參數整定范圍由常規(guī)取值的
( )( )( )ifc p dU skG s k k sE s s （2-40）其中pk 、ik 、 、dk 、 分別為比例系數、積分增益、積分階次、微分增益和微分階次，通常情況下 ， 取（0，2）之間的任意實數。在 t 0時，控制器輸出 u (t )與系統誤差 e (t )關系如下( ) ( ) ( ) ( )p i du t k e t k D e t k D e t （2-41）由于引入分數階次 ， ，分數階 控制器又增加了兩個可調參數，使參數的整定靈活性增強，因此具有更佳的控制性能。從圖 2-3 中可知，分數階次 ， 可以取任意實數，傳統整數階 PID 控制器僅是分數階 控制器中 ， 取值為 0 或 1 時的特例。當 0， 0時，為整數階 P 控制器；當 1， 0時，為整數階 PI 控制器；當 0， 1時，為整數階 PD 控制器；當 1， 1時，為整數階 PID 控制器；所以分數階 控制器參數整定范圍由常規(guī)取值的特殊“點”到任意階次的“面”，因此分數階 控制器能更中靈活地控制被控對象，取得更優(yōu)的控制效果。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]分數階積分時滯過程的內模PID控制器整定方法[J]. 李明杰,趙志誠,張井崗. 控制工程. 2016(04)
[2]燃料電池發(fā)動機電堆散熱的控制[J]. 童正明,黃浩明,李立楠,陳華. 化工進展. 2015(08)
[3]基于Tustin變換的分數階微分算子近似離散化[J]. 宋保業(yè),許琳,盧曉. 科學技術與工程. 2015(13)
[4]質子交換膜燃料電池電源系統停機特性及控制策略[J]. 彭躍進,彭赟,李倫,劉志祥,陳維榮. 化工學報. 2015(03)
[5]神經網絡分數階PID在網絡控制系統中的應用[J]. 關榮根,葛鎖良. 合肥工業(yè)大學學報(自然科學版). 2015(02)
[6]最優(yōu)分數階PI~λ D~μ網絡時延控制器[J]. 潘峰,劉祿,薛定宇. 東北大學學報(自然科學版). 2014(10)
[7]改進Oustaloup數字實現算法研究[J]. 趙曉宇. 科技資訊. 2013(24)
[8]網絡控制系統分數階PI~λD~μ控制器研究[J]. 吳軍,吳斌,張翕. 自動化與儀器儀表. 2012(02)
[9]電感電流連續(xù)模式下Boost變換器的分數階建模與仿真分析[J]. 王發(fā)強,馬西奎. 物理學報. 2011(07)
[10]無刷直流電機的智能控制研究[J]. 文衛(wèi). 微電機. 2011(06)
博士論文
[1]永磁同步電動機的分數階建模研究[D]. 余偉.華南理工大學 2014
碩士論文
[1]質子交換膜燃料電池熱模擬計算[D]. 李忠華.武漢理工大學 2007
[2]無刷直流電動機驅動控制系統的研究[D]. 肖耀南.湖南大學 2005
本文編號：2949256
【文章來源】：湖南理工學院湖南省
【文章頁數】：67 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
整數階PID控制系統結構框圖
控制系統結構圖分數階 控制器的傳遞函數可表示為( )( )( )ifc p dU skG s k k sE s s （2-40）其中pk 、ik 、 、dk 、 分別為比例系數、積分增益、積分階次、微分增益和微分階次，通常情況下 ， 取（0，2）之間的任意實數。在 t 0時，控制器輸出 u (t )與系統誤差 e (t )關系如下( ) ( ) ( ) ( )p i du t k e t k D e t k D e t （2-41）由于引入分數階次 ， ，分數階 控制器又增加了兩個可調參數，使參數的整定靈活性增強，因此具有更佳的控制性能。從圖 2-3 中可知，分數階次 ， 可以取任意實數，傳統整數階 PID 控制器僅是分數階 控制器中 ， 取值為 0 或 1 時的特例。當 0， 0時，為整數階 P 控制器；當 1， 0時，為整數階 PI 控制器；當 0， 1時，為整數階 PD 控制器；當 1， 1時，為整數階 PID 控制器；所以分數階 控制器參數整定范圍由常規(guī)取值的
( )( )( )ifc p dU skG s k k sE s s （2-40）其中pk 、ik 、 、dk 、 分別為比例系數、積分增益、積分階次、微分增益和微分階次，通常情況下 ， 取（0，2）之間的任意實數。在 t 0時，控制器輸出 u (t )與系統誤差 e (t )關系如下( ) ( ) ( ) ( )p i du t k e t k D e t k D e t （2-41）由于引入分數階次 ， ，分數階 控制器又增加了兩個可調參數，使參數的整定靈活性增強，因此具有更佳的控制性能。從圖 2-3 中可知，分數階次 ， 可以取任意實數，傳統整數階 PID 控制器僅是分數階 控制器中 ， 取值為 0 或 1 時的特例。當 0， 0時，為整數階 P 控制器；當 1， 0時，為整數階 PI 控制器；當 0， 1時，為整數階 PD 控制器；當 1， 1時，為整數階 PID 控制器；所以分數階 控制器參數整定范圍由常規(guī)取值的特殊“點”到任意階次的“面”，因此分數階 控制器能更中靈活地控制被控對象，取得更優(yōu)的控制效果。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]分數階積分時滯過程的內模PID控制器整定方法[J]. 李明杰,趙志誠,張井崗. 控制工程. 2016(04)
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[4]質子交換膜燃料電池電源系統停機特性及控制策略[J]. 彭躍進,彭赟,李倫,劉志祥,陳維榮. 化工學報. 2015(03)
[5]神經網絡分數階PID在網絡控制系統中的應用[J]. 關榮根,葛鎖良. 合肥工業(yè)大學學報(自然科學版). 2015(02)
[6]最優(yōu)分數階PI~λ D~μ網絡時延控制器[J]. 潘峰,劉祿,薛定宇. 東北大學學報(自然科學版). 2014(10)
[7]改進Oustaloup數字實現算法研究[J]. 趙曉宇. 科技資訊. 2013(24)
[8]網絡控制系統分數階PI~λD~μ控制器研究[J]. 吳軍,吳斌,張翕. 自動化與儀器儀表. 2012(02)
[9]電感電流連續(xù)模式下Boost變換器的分數階建模與仿真分析[J]. 王發(fā)強,馬西奎. 物理學報. 2011(07)
[10]無刷直流電機的智能控制研究[J]. 文衛(wèi). 微電機. 2011(06)
博士論文
[1]永磁同步電動機的分數階建模研究[D]. 余偉.華南理工大學 2014
碩士論文
[1]質子交換膜燃料電池熱模擬計算[D]. 李忠華.武漢理工大學 2007
[2]無刷直流電動機驅動控制系統的研究[D]. 肖耀南.湖南大學 2005
本文編號：2949256
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