کنترل ولتاژ پیل سوختی با استفاده ازشبکه عصبی بر اساس مدل کنترل پیشبین
چکیده: در این مقاله، یک شبکهی عصبی مبتنی بر الگوریتم کنترل پیشبین مدل (NNMPC) به منظور کنترل ولتاژ پیل سوختی غشای تبادل پروتون (PEMFC) پیاده سازی میشود. در این روش، یک مدل شبکهی عصبی به منظور پیشبینی پاسخ روند آتی در افق زمانی مشخص آموزش داده میشود. پیشبینیها از یک روال بهینهسازی عددی عبور میکنند که تلاش میکند تا تابع هزینهی مشخص را در هر لحظه از زمان برای محاسبه سیگنال کنترل مناسب مینیمم کند. نتایج عملکرد NNMPC با یک کنترل کنندهی فازی مقایسه میشود.
کلمات کلیدی: PEMFC؛ کنترل کنندهی فازی؛ کنترل کننده ی NNMPC، شبکه عصبی.
مقدمه
افزایش نگرانیهای جامعه جهانی در مورد مشکلات اساسی در استفاده از هیدروکربنهای باعث توجه بسیار زیاد پژوهشها بر روی منابع انرژی تجدیدپذیر شده است. هیدروژن، که یک حامل انرژی تمیز و کارآمد است، یک راهحل مناسب به منظور کاهش مشکلات مربوط به انتشار گازهای گلخانهای و وابستگی به منبع انرژی های فسیلی است. در طرحهای انرژی آینده، منابع انرژی تجدیدپذیر جایگاه ویژهای خواهند داشت و هیدروژن نقشی کلیدی برای افزایش بهرهوری ایفا میکند [۱].
پیل سوختی مبدل الکتروشیمیایی است که برق تولید میکند. با توجه با اینکه پیل سوختی بطور مستقیم انرژی را به برق تبدیل میکند، راندمان آن بالا است. در واقع، این تبدیل بر خلاف الکترولیزهای آب است، به این معنی که در نتیجهی واکنش بین اکسیژن و هیدروژن علاوه بر برق، آب و گرما هم تولید میشود.
در میان انواع مختلفی از پیلهای سوختی مانند، غشای تبادل پروتون، قلیایی، اسید فسفریک، کربنات مذاب و اکسید جامد، پیلهای سوختی غشای تبادل پروتون (PEMFC) با توجه به دمای عملیاتی پائین و ویژگیهای راهاندازی سریع دارای اهمیت بیشتری هستند [۲].
فنآوری تولید و تامین برق باید قادر به تطبیق تغییرات سریع بار یا تغییر شرایط عملیاتی به منظور مقبولیت توسط کاربران هدف باشد [۳].
با افزایش استفاده از پیلهای سوختی، طراحی مناسب کنترلرها نسبت به قبل از اهمیت بیشتری برخوردار است. وانگ و همکاران مدلی برای PEMFC معرفی کرده و کنترلر چندمتغیره قوی طراحی کردند که با کنترل سرعت ورود جریان هوا و هیدروژن ولتاژ خروجی را کنترل کرد [۴]. ژیجان و همکاران برای کنترل ولتاژ خروجی با تغییر فشار هوا و هیدروژن یک کنترلر فازی شبیهسازی کردند [۵]. راختالا و همکاران با استفاده از کنترلر PID و شبکهی عصبی مصنوعی به کنترل ولتاژ خروجی و بهینهسازی راندمان PEMFC تحت تاثیر تغییرات ناگهانی جریان پرداختند [۶]. وونکی نا و همکاران کنترلر خطی و غیر خطی را برای کنترل ولتاژ خروجی PEMFC طراحی کردند و نشان دادند که PEMFCها با کنترل غیرخطی دارای رفتارهای گذرای بسیار خوب در زمان بروز اختلالات هستند [۷]. هانگ چنگ چن و همکاران مدل دینامیک PEMFC و تصحیحساز را ارائه کرده و کنترل کنندههای PID را طراحی کردند، که برای کنترل میزان جریان هیدروژن تصحیحساز و ولتاژ خروجی پیل سوختی با استفاده از GA به منظور بدست آوردن عملکردهای گذرای بهتر و حالت پایدار PEMFC استفاده شدند [۸].
در این مقاله یک مدل کنترل پیشبین مبتنی بر شبکهی عصبی (NNMPC) به منظور کنترل ولتاژ خروجی با کنترل کردن مقادیر جریان هیدروژن طراحی شده است و عملکرد آن با کنترل کنندهی فازی مقایسه شده است. مقاله به شرح زیر ارائه میشود: در بخش ۲ ساختار PEMFC طراحی میشود. مدل پیل سوختی در بخش ۳ ارائه میشود و در بخش بعدی کنترل کنندهی فازی طراحی میشود. کنترل کنندهی NNMPC در بخش ۵ ارائه میشود. بخش ۶ نتیجهگیری را ارائه میکند.
لطفاً براي ارسال دیدگاه، ابتدا وارد حساب كاربري خود بشويد