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PEMFC空气传输系统控制方法研究
摘要
质子交换膜燃料电池（PEMFC）空气传输系统是PEMFC的重要组成部分。空气传输系统的控制是影响PEMFC性能和稳定性的关键因素之一。本文综述了PEMFC空气传输系统控制方法的研究现状和进展，并重点介绍了基于模型预测控制的PEMFC空气传输系统控制方法。结果表明，基于模型预测控制的控制方法可以有效地提高PEMFC的性能和稳定性。
关键词：质子交换膜燃料电池，空气传输系统，控制方法，模型预测控制
1.引言
质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种高效、清洁的能源转换装置，具有高能量效率、低污染和静音等优点，已被广泛应用于汽车、船舶、飞机和家庭电力等领域。PEMFC主要由质子交换膜、阳极、阴极和空气传输系统等组成。其中，空气传输系统负责将空气输送到阴极反应器中，提供氧气与电子反应中所需的氧气，是PEMFC能量转换效率和稳定性的关键因素之一。
PEMFC空气传输系统的控制是PEMFC研究的重要内容，对于提高PEMFC稳定性和响应速度具有重要作用。因此，研究PEMFC空气传输系统控制方法具有重要的工程实践意义和科学价值。
2.PEMFC空气传输系统控制方法的研究现状
目前，PEMFC空气传输系统控制方法主要有基于PID控制、模糊控制和模型预测控制等方法。
2.1基于PID控制的PEMFC空气传输系统控制方法
PID控制是一种常用的控制方法，其优点是简单易用、性能稳定，但在实际应用中，容易受到系统非线性和参数变化的影响，无法满足高精度和快速响应的要求。因此，对于PEMFC空气传输系统控制，PID控制的应用受到一定限制。
2.2基于模糊控制的PEMFC空气传输系统控制方法
模糊控制是一种能够应对非线性、模糊和不确定性的控制方法，其优点是可以处理复杂、多变的控制对象。但是，模糊控制需要大量的专家经验和人工调试，存在计算复杂度高、系统响应速度慢等缺点。
2.3基于模型预测控制的PEMFC空气传输系统控制方法
模型预测控制是一种能够处理大量控制变量、考虑多个约束条件的控制方法，广泛应用于工业过程控制、机器人控制、航空航天控制等领域。基于模型预测控制的PEMFC空气传输系统控制方法，可以利用数学模型对系统进行建模和预测，通过优化控制变量的选择和控制策略的制定，实现对系统的精确控制和优化控制。
3.基于模型预测控制的PEMFC空气传输系统控制方法
基于模型预测控制的PEMFC空气传输系统控制方法，主要包括建模、预测和优化控制三个部分。
3.1PEMFC空气传输系统建模
PEMFC空气传输系统建模是应用模型预测控制的关键步骤。PEMFC空气传输系统需要考虑氧气输送、电化学反应和热传递等多个方面的因素，其中氢和氧气的流量和温度是影响PEMFC性能的重要参数。因此，建立PEMFC空气传输系统的数学模型，包括氧气的输送、电化学反应、热传递和质量守恒等方面的因素，能够为后续控制方法的设计提供基础。
3.2PEMFC空气传输系统预测
基于建立的数学模型，可以对PEMFC空气传输系统进行预测。通过预测，可以预测系统的性能和稳定性，为优化控制方法提供重要的输入变量。
3.3PEMFC空气传输系统优化控制
基于数学模型和预测，可以设计出优化控制策略，实现对PEMFC空气传输系统的精确控制和优化控制。优化控制的目标是同时考虑功率输出和系统稳定性，使PEMFC空气传输系统实现最佳性能。
4.结论
基于模型预测控制的PEMFC空气传输系统控制方法，具有高精度、快速响应和稳定性好等优点。因此，它是PEMFC空气传输系统控制方法的重要研究方向。本文对PEMFC空气传输系统控制方法进行了综述，并重点介绍了基于模型预测控制的PEMFC空气传输系统控制方法。未来，基于模型预测控制的PEMFC空气传输系统控制方法有望在PEMFC领域得到广泛应用。