燃料電池汽車最優模糊控制器的設計

燃料電池汽車最優模糊控制器的設計

電動汽車雖然有利于減輕環境污染，但成本較高且行駛距離受限。混合動力汽車擴展了行駛距離，但仍需要燃燒大量的化石能源。而燃料電池汽車可以兼具兩者的優點。汽車行駛過程中的功率需求不是一個定值，僅采用獨立的燃料電池系統作為動力源，不能滿足汽車的瞬態功率需求。因此，將燃料電池系統與能量存儲系統（如鋰電池）相結合，可提高燃料電池汽車性能。由于燃料電池和鋰電池具有不同的動態特性，因此需要合適的能量管理系統對燃料電池系統、鋰電池和驅動系統之間的功率流進行控制管理。經典的控制方法需要對整個汽車具有深刻的了解，并建立精確的數學模型。而采用模糊邏輯控制方法，則可以利用試驗數據和總結經驗對該復雜系統進行建模，并進行模糊控制。本文基于模糊邏輯控制方法，同時考慮不同駕駛條件產生的影響，設計一種最優模糊控制器，用以在保證汽車性能的前提下，改善其燃油經濟性。

在燃料電池汽車動力系統中，燃料電池通過1個直流-直流轉換器與電路總線相連，鋰電池直接與電路總線相連，電路總線通過1個直流-交流轉換器與交流電機相連，交流發電機驅動車輪轉動。在設計最優模糊控制器之前，需要確定汽車主要部件的最佳參數。混合動力系統較為復雜，部件較多，因而利用參數化設計方法確定主要部件的最佳參數，優化參數包括燃料電池燃料轉換器的最大功率、電機的最大功率、電池組的數量，優化算法采用粒子群優化算法。設計最優模糊控制器時，控制器既要能夠感知汽車當前行駛狀態，還要預測汽車下一步的行駛狀態。利用全球定位系統或智能交通系統確定汽車當前的行駛速度、加速度和轉向角，利用統計和和聚類分析的方法對汽車下一步的行駛狀態進行預測。控制器則根據獲得的上述信息，對燃料電池系統、鋰電池和驅動系統之間的功率流進行控制。對設計的最優模糊控制器進行后向仿真，即從車輪的功率需求開始仿真，直到燃料電池系統。仿真共選擇了3種循環工況，即聯邦測試循環工況（FTP）、十五工況（ECE-EUDC）和城市循環工況（TEH-CAR）。仿真結果顯示，采用所提出的最優模糊控制器，在各種駕駛條件下均獲得較好的經濟性。

刊名：Sharif University of Technology（英）

刊期：2015年第4期

作者：M.Kandi-D

編譯：李臣