质子交换膜燃料电池的故障诊断研究与实现
发布时间：2022-01-04 16:29
质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为一种新型清洁、高效能源,正受到全世界研究者和工业界的密切关注。为了提高燃料电池在实际生产应用中的价值,针对PEMFC的故障诊断研究正受到广泛关注。随着如今存储设备的发展,工业大数据的应用,如何利用这些海量运行数据进行故障研究己然成为热门方向。质子交换膜燃料电池在运行时产生的故障数据具有强相关时序性、数据样本非均衡的特点,因此采用了长短时记忆网络（Long Short Term Memory Network,LSTM）作为主要故障诊断方法;本文针对质子交换膜燃料电池电堆系统上存在的8种故障工况和正常工况,在训练过程中,考虑到部分工况数据由于采集条件限制,导致样本失衡问题从而引起部分故障检测效率不高的问题,在LSTM方法的基础上进行改进并构建了 DAE-LSTM方法进行故障诊断研究。主要研究内容如下:（1）针对质子交换膜燃料电池不同工况数据具有分布不均衡、易受噪声干扰的问题,本文结合去噪自编码器（denoising autoencoder,DAE）对能够还原原始输入、在复杂噪声环境下能够提取到更具鲁棒性特征的特点,构建了基于DAE的数据降噪处理流程。通过...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２燃料电池测试系统整体结构??在ＰＥＭＦＣ电堆系统中有六个子系统：空气供给子系统、氫气供给子系统、氮??１０??
?第二章德于数据驱动的ＰＥＭＦＣ故障诊断方法???气供给子系统、去离于水供给子系统、电气供给子系统和控制子系统。ＰＥＭＦＣ利??用氢气和空气之间的化学反应产生电能，燃料电池输出电能则通过电子负载进行??控制，并用冷却水对燃料电池温度进行调节。ＰＥＭＦＣ电堆系统有５个接空气??进出接口、氢气进出接口、负载连接接口、冷却水进出接口和固定用接口。??图２－２中的测试系统执行模块具备以下功能：气体供应功能、气体加湿功能、??冷却功能、废气排放功能、执行部件电源提供功能和宣流加载功能。气体供给功能??能够调整三种反应气体的反应量，气体加湿模块则用来改变氢气、空气相对湿度，??冷却功能的作用是对系统温度和出入口的温差进行＾定的调节，保证ＰＥＭＦＣ工作??外部环境温度的稳定》在电池两极的气体出入、通过废气排放功能还调整电池内??部压力。执行部件电源为整个系统的执行部件提供电能，并使用传感器采集各工作??参数。直流加载功能用来控制燃料电池的输出电流、电压和功率。??测试系统通过各类传感器采集到电池数据，并经过数据处理后输入至监控系统??中《?＿监控系统读取到上位机部分传来的控制指令或其他信号时，再对这些指令进??行格式转换等处理，然后下发至各对应的执行部件来正确执行对应的操作。??操作人员通过上位机部分来监控整个测试系统，有直观的燃料电池观测量＃如：??反应气体进气纛，阀门状态，温度等参数，还可以对燃料电池进行控制，如改变气??体进气暈等操作。上位机与下位机之间的通信方式是ＵＳＢ传输。??测试系统实物图如图２－３所示ｙ??图２－３燃料电池测试系统整体结构??２．３基于传统数据驱动故障诊断方法??作为人：智能历史进程的重要里
?电子科技太学硕士学位论文???性和不稳定性，龜著加强了分类过程的智能性［３５－３＇图２－５对比了募宁ＤＢＮ的诊??断方法和其他故障诊断方法的异同《首先ＤＢＮ不需要积、累很多数据处理和诊断领??域的专家知识，就能实现故障特征的自造应提取；其次，ＤＢＮ不需要输入周期性??的时域倩号才能进行训练；最后是ＤＢＮ不仅可以处理低维、线性的普通问题，还??能对高维数据和非线性何题进行训练，诊断能力优秀。［３８］。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]降噪自编码器在机械设备故障预警中的应用[J]. 马波,郑凡帆. 北京化工大学学报(自然科学版). 2019(05)
[2]基于去噪自编码器的极限学习机[J]. 来杰,王晓丹,李睿,赵振冲. 计算机应用. 2019(06)
[3]基于改进的稀疏去噪自编码器的入侵检测[J]. 郭旭东,李小敏,敬如雪,高玉琢. 计算机应用. 2019(03)
[4]质子交换膜燃料电池故障诊断方法综述及展望[J]. 陈维荣,刘嘉蔚,李奇,郭爱,戴朝华. 中国电机工程学报. 2017(16)
[5]深度学习在故障诊断领域中的研究现状与挑战[J]. 任浩,屈剑锋,柴毅,唐秋,叶欣. 控制与决策. 2017(08)
[6]基于卷积神经网络的输电线路区内外故障判断及故障选相方法研究[J]. 魏东,龚庆武,来文青,王波,刘栋,乔卉,林刚. 中国电机工程学报. 2016(S1)
[7]基于PCA-KNN聚类的通用在线故障诊断算法设计[J]. 赵晓君,郑倩. 计算机测量与控制. 2015(08)
[8]质子交换膜燃料电池动态过程缺气的诊断方法[J]. 李鹏程,裴普成,何勇灵,袁星. 高技术通讯. 2013 (02)
[9]基于数据驱动的故障诊断方法综述[J]. 李晗,萧德云. 控制与决策. 2011(01)
[10]燃料电池混合动力列车的研究现状与发展趋势[J]. 陈维荣,钱清泉,李奇. 西南交通大学学报. 2009(01)
博士论文
[1]基于数据驱动的非线性过程故障诊断若干问题研究[D]. 罗林.浙江大学 2015
[2]递归神经网络结构设计方法及应用研究[D]. 陈启丽.北京工业大学 2014
硕士论文
[1]基于深度学习的动力电池故障诊断研究[D]. 都磊.哈尔滨理工大学 2018
[2]基于深度置信网络的数据驱动故障诊断方法研究[D]. 葛强强.哈尔滨工业大学 2016
[3]质子交换膜燃料电池建模与输出电压控制策略研究[D]. 孙超.中南大学 2009
[4]质子交换膜燃料电池（PEMFC）检测系统[D]. 张伟.山东大学 2005
本文编号：3568674
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２燃料电池测试系统整体结构??在ＰＥＭＦＣ电堆系统中有六个子系统：空气供给子系统、氫气供给子系统、氮??１０??
?第二章德于数据驱动的ＰＥＭＦＣ故障诊断方法???气供给子系统、去离于水供给子系统、电气供给子系统和控制子系统。ＰＥＭＦＣ利??用氢气和空气之间的化学反应产生电能，燃料电池输出电能则通过电子负载进行??控制，并用冷却水对燃料电池温度进行调节。ＰＥＭＦＣ电堆系统有５个接空气??进出接口、氢气进出接口、负载连接接口、冷却水进出接口和固定用接口。??图２－２中的测试系统执行模块具备以下功能：气体供应功能、气体加湿功能、??冷却功能、废气排放功能、执行部件电源提供功能和宣流加载功能。气体供给功能??能够调整三种反应气体的反应量，气体加湿模块则用来改变氢气、空气相对湿度，??冷却功能的作用是对系统温度和出入口的温差进行＾定的调节，保证ＰＥＭＦＣ工作??外部环境温度的稳定》在电池两极的气体出入、通过废气排放功能还调整电池内??部压力。执行部件电源为整个系统的执行部件提供电能，并使用传感器采集各工作??参数。直流加载功能用来控制燃料电池的输出电流、电压和功率。??测试系统通过各类传感器采集到电池数据，并经过数据处理后输入至监控系统??中《?＿监控系统读取到上位机部分传来的控制指令或其他信号时，再对这些指令进??行格式转换等处理，然后下发至各对应的执行部件来正确执行对应的操作。??操作人员通过上位机部分来监控整个测试系统，有直观的燃料电池观测量＃如：??反应气体进气纛，阀门状态，温度等参数，还可以对燃料电池进行控制，如改变气??体进气暈等操作。上位机与下位机之间的通信方式是ＵＳＢ传输。??测试系统实物图如图２－３所示ｙ??图２－３燃料电池测试系统整体结构??２．３基于传统数据驱动故障诊断方法??作为人：智能历史进程的重要里
?电子科技太学硕士学位论文???性和不稳定性，龜著加强了分类过程的智能性［３５－３＇图２－５对比了募宁ＤＢＮ的诊??断方法和其他故障诊断方法的异同《首先ＤＢＮ不需要积、累很多数据处理和诊断领??域的专家知识，就能实现故障特征的自造应提取；其次，ＤＢＮ不需要输入周期性??的时域倩号才能进行训练；最后是ＤＢＮ不仅可以处理低维、线性的普通问题，还??能对高维数据和非线性何题进行训练，诊断能力优秀。［３８］。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]降噪自编码器在机械设备故障预警中的应用[J]. 马波,郑凡帆. 北京化工大学学报(自然科学版). 2019(05)
[2]基于去噪自编码器的极限学习机[J]. 来杰,王晓丹,李睿,赵振冲. 计算机应用. 2019(06)
[3]基于改进的稀疏去噪自编码器的入侵检测[J]. 郭旭东,李小敏,敬如雪,高玉琢. 计算机应用. 2019(03)
[4]质子交换膜燃料电池故障诊断方法综述及展望[J]. 陈维荣,刘嘉蔚,李奇,郭爱,戴朝华. 中国电机工程学报. 2017(16)
[5]深度学习在故障诊断领域中的研究现状与挑战[J]. 任浩,屈剑锋,柴毅,唐秋,叶欣. 控制与决策. 2017(08)
[6]基于卷积神经网络的输电线路区内外故障判断及故障选相方法研究[J]. 魏东,龚庆武,来文青,王波,刘栋,乔卉,林刚. 中国电机工程学报. 2016(S1)
[7]基于PCA-KNN聚类的通用在线故障诊断算法设计[J]. 赵晓君,郑倩. 计算机测量与控制. 2015(08)
[8]质子交换膜燃料电池动态过程缺气的诊断方法[J]. 李鹏程,裴普成,何勇灵,袁星. 高技术通讯. 2013 (02)
[9]基于数据驱动的故障诊断方法综述[J]. 李晗,萧德云. 控制与决策. 2011(01)
[10]燃料电池混合动力列车的研究现状与发展趋势[J]. 陈维荣,钱清泉,李奇. 西南交通大学学报. 2009(01)
博士论文
[1]基于数据驱动的非线性过程故障诊断若干问题研究[D]. 罗林.浙江大学 2015
[2]递归神经网络结构设计方法及应用研究[D]. 陈启丽.北京工业大学 2014
硕士论文
[1]基于深度学习的动力电池故障诊断研究[D]. 都磊.哈尔滨理工大学 2018
[2]基于深度置信网络的数据驱动故障诊断方法研究[D]. 葛强强.哈尔滨工业大学 2016
[3]质子交换膜燃料电池建模与输出电压控制策略研究[D]. 孙超.中南大学 2009
[4]质子交换膜燃料电池（PEMFC）检测系统[D]. 张伟.山东大学 2005
本文编号：3568674
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