燃料電池汽車最優(yōu)模糊控制器的設(shè)計

電動汽車雖然有利于減輕環(huán)境污染，但成本較高且行駛距離受限?；旌蟿恿ζ嚁U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(yōu)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(tǒng)作為動力源，不能滿足汽車的瞬態(tài)功率需求。因此，將燃料電池系統(tǒng)與能量存儲系統(tǒng)（如鋰電池）相結(jié)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(tài)特性，因此需要合適的能量管理系統(tǒng)對燃料電池系統(tǒng)、鋰電池和驅(qū)動系統(tǒng)之間的功率流進行控制管理。經(jīng)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(shù)學(xué)模型。而采用模糊邏輯控制方法，則可以利用試驗數(shù)據(jù)和總結(jié)經(jīng)驗對該復(fù)雜系統(tǒng)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(chǎn)生的影響，設(shè)計一種最優(yōu)模糊控制器，用以在保證汽車性能的前提下，改善其燃油經(jīng)濟性。

在燃料電池汽車動力系統(tǒng)中，燃料電池通過1個直流-直流轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器與交流電機相連，交流發(fā)電機驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動。在設(shè)計最優(yōu)模糊控制器之前，需要確定汽車主要部件的最佳參數(shù)?；旌蟿恿ο到y(tǒng)較為復(fù)雜，部件較多，因而利用參數(shù)化設(shè)計方法確定主要部件的最佳參數(shù)，優(yōu)化參數(shù)包括燃料電池燃料轉(zhuǎn)換器的最大功率、電機的最大功率、電池組的數(shù)量，優(yōu)化算法采用粒子群優(yōu)化算法。設(shè)計最優(yōu)模糊控制器時，控制器既要能夠感知汽車當前行駛狀態(tài)，還要預(yù)測汽車下一步的行駛狀態(tài)。利用全球定位系統(tǒng)或智能交通系統(tǒng)確定汽車當前的行駛速度、加速度和轉(zhuǎn)向角，利用統(tǒng)計和和聚類分析的方法對汽車下一步的行駛狀態(tài)進行預(yù)測。控制器則根據(jù)獲得的上述信息，對燃料電池系統(tǒng)、鋰電池和驅(qū)動系統(tǒng)之間的功率流進行控制。對設(shè)計的最優(yōu)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(tǒng)。仿真共選擇了3種循環(huán)工況，即聯(lián)邦測試循環(huán)工況（FTP）、十五工況（ECE-EUDC）和城市循環(huán)工況（TEH-CAR）。仿真結(jié)果顯示，采用所提出的最優(yōu)模糊控制器，在各種駕駛條件下均獲得較好的經(jīng)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