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固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)建模與控制
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資料類別
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電子電工畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） |
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課程(專業(yè))
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控制科學(xué)與工程 |
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關(guān)鍵詞
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熱管理|功率控制 |
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適用年級(jí)
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研究生 |
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身份要求
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游客 |
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金 幣
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0 �。�金幣如何獲得？） |
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文件格式
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caj |
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文件大小
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12054K |
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發(fā)布時(shí)間
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2017-10-04 06:04:00 |
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預(yù)覽文件
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無 |
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下載次數(shù)
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2 |
| 發(fā)布人 |
kj008 |
內(nèi)容簡(jiǎn)介：
固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)建模與控制，博士學(xué)位論文，正文共156頁(yè)。
摘要：固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)發(fā)電技術(shù)以其環(huán)保高效的特性而具有廣闊的應(yīng)用前景和重大的研究意義。SOFC發(fā)電系統(tǒng)的熱電特性的有效管理與控制是系統(tǒng)安全、長(zhǎng)壽命、高效率運(yùn)行的重要保障。為此，本文以千瓦級(jí)純氫平板式SOFC獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象，從熱電兩方面深入地進(jìn)行了動(dòng)態(tài)建模與控制研究。在熱方面：首先，本文提出了一種結(jié)構(gòu)新穎、易于電堆空間溫度管理的SOFC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并采用模塊化的建模方法搭建了面向熱管理的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型。其次，基于系統(tǒng)模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了面向控制的穩(wěn)態(tài)分析與優(yōu)化，探索出了系統(tǒng)效率最優(yōu)點(diǎn)與最優(yōu)操作參數(shù)之間的內(nèi)在規(guī)律，并優(yōu)化出了在整個(gè)輸出功率范圍內(nèi)系統(tǒng)效率最優(yōu)值和對(duì)應(yīng)的最優(yōu)操作參數(shù)值。優(yōu)化結(jié)果與同行的結(jié)果相比，無論是系統(tǒng)效率還是電堆工作溫度的安全性均有明顯的提高。然后，本文通過開環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)熱管理系統(tǒng)具有多變量、強(qiáng)耦合、非線性和大慣性等特性。為了應(yīng)對(duì)這些復(fù)雜特性，本文通過相對(duì)增益陣選定了最優(yōu)的控制變量對(duì)，并設(shè)計(jì)了單神經(jīng)元自適應(yīng)PID反饋控制器以有效地克服系統(tǒng)的強(qiáng)耦合、非線性和大慣性的特性。同時(shí)還針對(duì)電堆電流的高頻干擾作用基于最優(yōu)操作參數(shù)設(shè)置了前饋補(bǔ)償器，從而設(shè)計(jì)出具有強(qiáng)魯棒性且易于工程實(shí)現(xiàn)的多變量解耦控制策略。最后，本文以穩(wěn)態(tài)優(yōu)化結(jié)果為最優(yōu)控制目標(biāo)，通過仿真研究驗(yàn)證了多變量解耦控制策略的有效性和高效性。在任意輸出功率點(diǎn)，熱管理控制系統(tǒng)都能使系統(tǒng)溫度安全且效率最優(yōu)，從而為SOFC電特性的控制奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在電方面：本文在電化學(xué)阻抗譜實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)了SOFC三相界面處雙電層的分?jǐn)?shù)階特性，由此大膽地跳出整數(shù)階領(lǐng)域在分?jǐn)?shù)階領(lǐng)域搭建了SOFC電特性的分?jǐn)?shù)階動(dòng)態(tài)模型。該分?jǐn)?shù)階模型較傳統(tǒng)的整數(shù)階模型有更高的建模精度，從而為SOFC輸出功率的控制設(shè)計(jì)提供了精確性高的數(shù)學(xué)模型。但將分?jǐn)?shù)階模型用于相關(guān)控制設(shè)計(jì)時(shí)，其存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)、難以工程實(shí)現(xiàn)的缺陷。為此，本文提出了一種面向控制的分?jǐn)?shù)階微分的快速數(shù)值計(jì)算方法——恒權(quán)重記憶法。與經(jīng)典的短記憶法和變步長(zhǎng)記憶法相比，恒權(quán)重記憶法數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量小、運(yùn)算時(shí)間短且計(jì)算精度更高，很好地滿足了分?jǐn)?shù)階控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的要求。在此基礎(chǔ)上，本文針對(duì)SOFC輸出功率的非線性以及電堆電流變化幅度不能過大的限制，設(shè)計(jì)了一種很有創(chuàng)意的帶約束的自適應(yīng)廣義預(yù)測(cè)控制策略。與傳統(tǒng)PID和單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制策略相比，無論是功率跟蹤的快速性還是電堆的溫度安全性，本文所設(shè)計(jì)的廣義預(yù)測(cè)控制策略均要更優(yōu)�？傊�，本文通過動(dòng)態(tài)建模、穩(wěn)態(tài)優(yōu)化分析與控制設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了SOFC獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)熱電特性的有效管控，提高了系統(tǒng)的使用壽命和運(yùn)行效率。
關(guān)鍵詞：固體氧化物燃料電池; 熱管理; 功率控制; 電堆空間溫度; 分?jǐn)?shù)階動(dòng)態(tài)模型; 穩(wěn)態(tài)優(yōu)化; 單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制; 廣義預(yù)測(cè)控制;
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