分层燃料电池空气路径控制：一种效率感知MIMO控制方法结合新型约束强制参考调节器
系统与控制
2025-10-17 v2 系统与控制
摘要
本文提出了一种用于质子交换膜燃料电池（PEMFC）系统空气供给系统的分层多变量控制与约束管理方法。控制目标是跟踪期望的压缩机质量空气流量和阴极入口压力，维持最小氧气过量比（OER），并使系统以最大净效率运行。设计并仿真了一个多输入多输出（MIMO）内模控制器（IMC）来跟踪流量和压力设定点，尽管对象动力学强耦合，仍表现出高性能。生成了一个新的设定点映射，以根据电堆电流负载计算最高效的阴极入口压力。为强制OER约束，开发并测试了一种新型参考调节器（RG），其具有管理多个参考（级联RG）以及加速和减速参考信号（截面RG）的能力。与单输入单输出（SISO）空气流量控制方法相比，所提出的MIMO控制方法显示出高达7.36%更低的氢燃料消耗。与传统负载调节器相比，新型级联截面RG（CC-RG）在净功率跟踪上显示出高达3.68%更小的平均绝对百分比误差（MAPE），并在真实驾驶循环仿真中大幅改善了最坏情况OER。控制开发与验证在两个燃料电池系统（FCS）模型上进行：一个非线性开源模型和一个专有的福特高保真模型。
引用
@article{arxiv.2302.13142,
title = {Hierarchical Fuel-Cell Airpath Control: an Efficiency-Aware MIMO Control Approach Combined with a Novel Constraint-Enforcing Reference Governor},
author = {Eli Bacher-Chong and Mostafa Ali Ayubirad and Zeng Qiu and Hao Wang and Alireza Goshtasbi and Hamid R. Ossareh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.13142},
year = {2025}
}
备注
Accepted for publication in IEEE Transactions on Control Systems Technology. This version incorporates all peer-review revisions