2024先进动力系统智能控制国际集训营第六讲——燃料电池系统的抗扰控制

2024年8月2日，由中国内燃机学会主办，中国内燃机学会内燃动力智能技术分会、天津大学先进内燃动力全国重点实验室共同承办的2024先进动力系统智能控制国际集训营第六讲顺利结束。第六讲由东南大学青年首席教授、博士生导师孙立教授，做主题为燃料电池系统的抗扰控制的授课。课程由内燃动力智能技术分会秘书长、天津大学宋康副教授主持。

图一 课程主题

图二 孙老师授课风采

孙教授在课程中首先介绍了燃料电池的基本原理和它在能源转换中的高效性与清洁性。他指出，与传统内燃机相比，燃料电池的理论电效率可达到83%，且其唯一的副产品为水，具有无可比拟的环保优势。孙教授还深入分析了燃料电池在实际应用中所面临的挑战，包括氢气的来源问题、系统的复杂性以及控制策略的优化等。

在控制策略方面，孙教授特别强调了自抗扰控制（ADRC）的重要性。他结合自身丰富的研究经验，详细阐述了ADRC在处理燃料电池系统中非线性、时变和不确定性问题时的独特优势。孙教授还分享了他在自抗扰控制领域的最新研究成果，包括对控制参数的优化方法和系统稳定性的深入分析。

此外，孙教授还就燃料电池系统的时间延迟问题提出了创新的解决方案。他指出，在设计控制系统时，必须考虑到实际存在的时延对系统性能的影响，并提出了基于频域分析的参数调整策略，以确保系统在面对不同工况时均能保持稳定和高效。

课程指出燃料电池作为一种高效清洁的电化学发电方式，具有广阔的应用前景。孙立教授指出，其发电效率可达40%-60%，综合能源利用率超过85%，在分布式集成能源、交通、家庭和军事等领域都有重要应用。

为了更好地实现燃料电池的应用，孙立教授深入研究了燃料电池动态控制的关键科学问题。他建立了混合时空尺度的动态模型，以应对多源干扰不确定性和模型不确定性对闭环控制的影响。

在研究过程中，孙立教授取得了多项重要成果。他开发了基于Matlab/Simulink的燃料电池仿真模型，并通过仿真和实验对比验证了模型的准确性。此外，他还对燃料电池的阳极吹扫进行了智能控制，有效延长了燃料电池的寿命。

在氧气过剩比控制方面，孙立教授采用数据驱动的方法，确定了各电流工况下的阴极最佳过氧比，实现了压气机的高效节能。同时，通过自抗扰控制技术，成功实现了对燃料电池堆温度的精确控制。

在应用方面，孙立教授建立了独立的燃料电池热电联产模型和综合能源系统模型，为燃料电池在实际中的应用提供了重要的理论支持和实践指导。

这些研究成果对于推动燃料电池技术的发展和应用具有重要意义，有望为实现能源的高效利用和可持续发展做出贡献。孙立教授表示将继续深入研究燃料电池系统的抗扰控制，不断取得新的突破，为相关领域的发展提供更多的技术支持。

课程最后，孙教授与在场的学者和工程师进行了深入的交流和讨论，对燃料电池技术的未来发展趋势和潜在应用进行了展望。他鼓励年轻学者积极投身于新能源技术的研究与开发，为推动能源转型和实现可持续发展贡献力量。

孙教授的课程不仅为参与者提供了宝贵的学术洞见，也为燃料电池技术的发展指明了方向，受到了与会者的一致好评。

随着全球能源结构的转型和对清洁能源需求的不断增长，燃料电池技术的研究与应用将成为新能源领域的重要驱动力。孙教授的深入讲解和前瞻性分析，无疑为该领域的科研人员和工程师们提供了宝贵的指导和启发。

据悉，本届集训营邀请了来自天津大学、大连理工大学、东南大学、同济大学、合肥工业大学等8所高校和中国科学院数学与应用科学研究院、艾迪捷信息科技(上海)有限公司等5家企业及研究院所的14位授课教师，围绕控制优化及学习算法的基础理论、多种类型动力系统的控制应用、控制系统开发测试的工具链3个层面开展专项培训。来自清华大学、同济大学、北京理工大学、哈尔滨工业大学、大连理工大学、北京交通大学、广西大学、武汉理工大学、哈尔滨工程大学、燕山大学、大连民族大学、浙江大学城市学院等12所高校和潍柴、玉柴、中国重汽、中国北方发动机研究所、康明斯、长安汽车、中国汽研、洛拖所、中科华盈等9家企业及研究院所的52名科研和技术人员报名参加。

图三 天津大学宋康副教授颁发奖杯与聘书