PEMFC电堆温度分数阶控制策略及其网络时延特性研究
发布时间：2020-12-31 07:47
研究表明,分数阶微积分方程在控制领域更准确地描述复杂控制系统的数学模型。与传统的PID控制器相比,将分数阶PIγDμ控制器应用于网络远程控制系统,使系统具有更好的控制效果和延时性能。本文以分布式PEMFC电堆温度控制系统为研究对象,介绍了分数阶微积分的相关理论基础、PEMFC电堆温度控制系统建模过程、网络控制中的时延、模糊匹配控制等,提出并设计了一种基于模糊匹配规则且可调阶次的分数阶PIλDμ控制器,进行了对比仿真实验,验证了其稳定、可靠的控制性能和具有较好的时延特性,将其应用于质子交换膜燃料电池电堆温度控制系统中,取得了良好的控制效果。研究设计工作内容如下:(1)在时变分数阶微积分理论的基础上,采用改进的Oustaloup分数阶算子近似化方法并结合模糊匹配控制理论,设计了一种对任意微分算子阶次可调的PIλDμ控制器,简化了分数阶PIλDμ控制器的设计复杂程度,根据参数整定规则确定了分数阶PIλDμ控制器各环节系数,分析了可调参数对分数阶PIλDμ控制器控制性能的影响;对比整数阶PID控制器,仿真验证了分数阶PIλDμ控制器的稳定性和优越性。(2)将设计的可调分数阶PIλ0μ控制器应用...
【文章来源】：湖南理工学院湖南省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
整数阶PID控制系统结构框图
控制系统结构图分数阶 控制器的传递函数可表示为( )( )( )ifc p dU skG s k k sE s s （2-40）其中pk 、ik 、 、dk 、 分别为比例系数、积分增益、积分阶次、微分增益和微分阶次，通常情况下 ， 取（0，2）之间的任意实数。在 t 0时，控制器输出 u (t )与系统误差 e (t )关系如下( ) ( ) ( ) ( )p i du t k e t k D e t k D e t （2-41）由于引入分数阶次 ， ，分数阶 控制器又增加了两个可调参数，使参数的整定灵活性增强，因此具有更佳的控制性能。从图 2-3 中可知，分数阶次 ， 可以取任意实数，传统整数阶 PID 控制器仅是分数阶 控制器中 ， 取值为 0 或 1 时的特例。当 0， 0时，为整数阶 P 控制器；当 1， 0时，为整数阶 PI 控制器；当 0， 1时，为整数阶 PD 控制器；当 1， 1时，为整数阶 PID 控制器；所以分数阶 控制器参数整定范围由常规取值的
( )( )( )ifc p dU skG s k k sE s s （2-40）其中pk 、ik 、 、dk 、 分别为比例系数、积分增益、积分阶次、微分增益和微分阶次，通常情况下 ， 取（0，2）之间的任意实数。在 t 0时，控制器输出 u (t )与系统误差 e (t )关系如下( ) ( ) ( ) ( )p i du t k e t k D e t k D e t （2-41）由于引入分数阶次 ， ，分数阶 控制器又增加了两个可调参数，使参数的整定灵活性增强，因此具有更佳的控制性能。从图 2-3 中可知，分数阶次 ， 可以取任意实数，传统整数阶 PID 控制器仅是分数阶 控制器中 ， 取值为 0 或 1 时的特例。当 0， 0时，为整数阶 P 控制器；当 1， 0时，为整数阶 PI 控制器；当 0， 1时，为整数阶 PD 控制器；当 1， 1时，为整数阶 PID 控制器；所以分数阶 控制器参数整定范围由常规取值的特殊“点”到任意阶次的“面”，因此分数阶 控制器能更中灵活地控制被控对象，取得更优的控制效果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]分数阶积分时滞过程的内模PID控制器整定方法[J]. 李明杰,赵志诚,张井岗. 控制工程. 2016(04)
[2]燃料电池发动机电堆散热的控制[J]. 童正明,黄浩明,李立楠,陈华. 化工进展. 2015(08)
[3]基于Tustin变换的分数阶微分算子近似离散化[J]. 宋保业,许琳,卢晓. 科学技术与工程. 2015(13)
[4]质子交换膜燃料电池电源系统停机特性及控制策略[J]. 彭跃进,彭赟,李伦,刘志祥,陈维荣. 化工学报. 2015(03)
[5]神经网络分数阶PID在网络控制系统中的应用[J]. 关荣根,葛锁良. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2015(02)
[6]最优分数阶PI~λ D~μ网络时延控制器[J]. 潘峰,刘禄,薛定宇. 东北大学学报(自然科学版). 2014(10)
[7]改进Oustaloup数字实现算法研究[J]. 赵晓宇. 科技资讯. 2013(24)
[8]网络控制系统分数阶PI~λD~μ控制器研究[J]. 吴军,吴斌,张翕. 自动化与仪器仪表. 2012(02)
[9]电感电流连续模式下Boost变换器的分数阶建模与仿真分析[J]. 王发强,马西奎. 物理学报. 2011(07)
[10]无刷直流电机的智能控制研究[J]. 文卫. 微电机. 2011(06)
博士论文
[1]永磁同步电动机的分数阶建模研究[D]. 余伟.华南理工大学 2014
硕士论文
[1]质子交换膜燃料电池热模拟计算[D]. 李忠华.武汉理工大学 2007
[2]无刷直流电动机驱动控制系统的研究[D]. 肖耀南.湖南大学 2005
本文编号：2949256
【文章来源】：湖南理工学院湖南省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
整数阶PID控制系统结构框图
控制系统结构图分数阶 控制器的传递函数可表示为( )( )( )ifc p dU skG s k k sE s s （2-40）其中pk 、ik 、 、dk 、 分别为比例系数、积分增益、积分阶次、微分增益和微分阶次，通常情况下 ， 取（0，2）之间的任意实数。在 t 0时，控制器输出 u (t )与系统误差 e (t )关系如下( ) ( ) ( ) ( )p i du t k e t k D e t k D e t （2-41）由于引入分数阶次 ， ，分数阶 控制器又增加了两个可调参数，使参数的整定灵活性增强，因此具有更佳的控制性能。从图 2-3 中可知，分数阶次 ， 可以取任意实数，传统整数阶 PID 控制器仅是分数阶 控制器中 ， 取值为 0 或 1 时的特例。当 0， 0时，为整数阶 P 控制器；当 1， 0时，为整数阶 PI 控制器；当 0， 1时，为整数阶 PD 控制器；当 1， 1时，为整数阶 PID 控制器；所以分数阶 控制器参数整定范围由常规取值的
( )( )( )ifc p dU skG s k k sE s s （2-40）其中pk 、ik 、 、dk 、 分别为比例系数、积分增益、积分阶次、微分增益和微分阶次，通常情况下 ， 取（0，2）之间的任意实数。在 t 0时，控制器输出 u (t )与系统误差 e (t )关系如下( ) ( ) ( ) ( )p i du t k e t k D e t k D e t （2-41）由于引入分数阶次 ， ，分数阶 控制器又增加了两个可调参数，使参数的整定灵活性增强，因此具有更佳的控制性能。从图 2-3 中可知，分数阶次 ， 可以取任意实数，传统整数阶 PID 控制器仅是分数阶 控制器中 ， 取值为 0 或 1 时的特例。当 0， 0时，为整数阶 P 控制器；当 1， 0时，为整数阶 PI 控制器；当 0， 1时，为整数阶 PD 控制器；当 1， 1时，为整数阶 PID 控制器；所以分数阶 控制器参数整定范围由常规取值的特殊“点”到任意阶次的“面”，因此分数阶 控制器能更中灵活地控制被控对象，取得更优的控制效果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]分数阶积分时滞过程的内模PID控制器整定方法[J]. 李明杰,赵志诚,张井岗. 控制工程. 2016(04)
[2]燃料电池发动机电堆散热的控制[J]. 童正明,黄浩明,李立楠,陈华. 化工进展. 2015(08)
[3]基于Tustin变换的分数阶微分算子近似离散化[J]. 宋保业,许琳,卢晓. 科学技术与工程. 2015(13)
[4]质子交换膜燃料电池电源系统停机特性及控制策略[J]. 彭跃进,彭赟,李伦,刘志祥,陈维荣. 化工学报. 2015(03)
[5]神经网络分数阶PID在网络控制系统中的应用[J]. 关荣根,葛锁良. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2015(02)
[6]最优分数阶PI~λ D~μ网络时延控制器[J]. 潘峰,刘禄,薛定宇. 东北大学学报(自然科学版). 2014(10)
[7]改进Oustaloup数字实现算法研究[J]. 赵晓宇. 科技资讯. 2013(24)
[8]网络控制系统分数阶PI~λD~μ控制器研究[J]. 吴军,吴斌,张翕. 自动化与仪器仪表. 2012(02)
[9]电感电流连续模式下Boost变换器的分数阶建模与仿真分析[J]. 王发强,马西奎. 物理学报. 2011(07)
[10]无刷直流电机的智能控制研究[J]. 文卫. 微电机. 2011(06)
博士论文
[1]永磁同步电动机的分数阶建模研究[D]. 余伟.华南理工大学 2014
硕士论文
[1]质子交换膜燃料电池热模拟计算[D]. 李忠华.武汉理工大学 2007
[2]无刷直流电动机驱动控制系统的研究[D]. 肖耀南.湖南大学 2005
本文编号：2949256
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/2949256.html
