燃料电池氢气系统自适应滑模解耦控制研究

作     者：朱仲文 程谭龙 江维海 周定华 李丞 季传龙 Zhu Zhongwen;Cheng Tanlong;Jiang Weihai;Zhou Dinghua;Li Cheng;Ji Chuanlong

作者机构：合肥工业大学汽车工程技术研究院合肥230009 

出 版 物：《汽车工程》 (Automotive Engineering)

年 卷 期：2025年第47卷第1期

页      面：85-95,126页

核心收录：

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：安徽省科技重大专项(202203a05020006) 先进内燃动力全国重点实验室开放课题重点项目“重载燃料电池系统能量管理策略研究”(K2023-02) 中央高校基本科研业务费专项资金(JZ2024HGTB0234)资助 

主　　题：燃料电池 滑模控制 解耦控制 梯度下降 前馈控制 

摘      要：有效的燃料电池氢气系统控制策略可以改善系统动态性能并延长使用寿命,本文针对循环泵型燃料电池氢气系统,提出了基于梯度寻优的自适应滑模解耦控制策略。首先基于Simulink搭建了燃料电池氢气系统模型,基于该模型设计了解耦滑模控制器在补偿模型精度不准的同时实现了流量和压力的解耦,并通过李雅普诺夫原理证明了反馈控制率的稳定性。然而,滑模控制存在动态响应性能和抖振相矛盾的问题,对此,本研究进一步设计了基于梯度下降的滑模控制参数自适应寻优方法,并通过前馈控制器提高变载时的系统稳定性,同时采用滑模调优参数Map自学习的方式,在保证闭环系统稳定的同时解决了瞬态工况下的梯度寻优延迟问题。结果表明:本文设计的结合前馈的自适应滑模解耦控制器超调量较小,响应时间较短,鲁棒性较高;阴阳极压差最大值约为0.01 bar,流量供给误差最大为0.015 g/s;能够在0.02 s内迅速响应变载运行时氢气压力和流量的变化需求;相比于前馈修正之前,电堆启动工况下的压力波动降低了0.122 bar;扰动作用下,系统稳定性保持良好,氢气压力波动最大为0.01 bar。