固体氧化物燃料电池的动态建模与预测控制PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 燃料电池技术概述 1

1.1.1 燃料电池种类 1

1.1.2 板式和管式设计 2

1.1.3 燃料电池体系 3

1.1.4 燃料电池的优、缺点 4

1.2 建模、状态估计和控制 4

1.3 本书覆盖范围 5

1.4 本书大纲 5

第1部分 基本原理 7

第2章 化学反应的第一性原理建模 7

2.1 热力学 7

2.1.1 能量的形态 7

2.1.2 第一定律 7

2.1.3 第二定律 8

2.2 热传递 9

2.2.1 传导 9

2.2.2 对流 10

2.2.3 辐射 11

2.3 质量传递 13

2.4 流体力学 15

2.4.1 黏性流 15

2.4.2 速度分布 16

2.4.3 伯努利方程 16

2.5 变化方程式 16

2.5.1 连续性方程 17

2.5.2 运动方程 17

2.5.3 能量平衡方程 18

2.5.4 连续性方程的种类 19

2.6 化学反应 20

2.6.1 反应速率 20

2.6.2 可逆反应 21

2.6.3 反应热 21

2.7 注解和参考文献 22

第3章 系统辨识Ⅰ 23

3.1 离散时间系统 23

3.2 信号 28

3.2.1 输入信号 28

3.2.2 信号的光谱特性 32

3.2.3 输入信号的持续激励 35

3.2.4 输入设计 39

3.3 模型 39

3.3.1 线性模型 39

3.3.2 非线性模型 43

3.4 注解和参考文献 45

第4章 系统辨识Ⅱ 46

4.1 回归分析 46

4.1.1 利用外生输入模型的移动平均自动回归 46

4.1.2 线性回归 47

4.1.3 线性回归分析 48

4.1.4 加权最小二乘法 49

4.2 预测误差方法 52

4.2.1 最优预测 53

4.2.2 预测误差方法 57

4.2.3 独立参数预测误差法 60

4.2.4 PEM渐近方差属性 61

4.2.5 非线性辨识 62

4.3 模型验证 64

4.3.1 模型结构选择 64

4.3.2 简约原则 65

4.3.3 模型结构比较 66

4.4 经验法 67

4.4.1 非零处理 67

4.4.2 漂移干扰处理 68

4.4.3 鲁棒性 68

4.4.4 额外的模型验证 68

4.5 闭环辨识 69

4.5.1 直接闭环辨识 70

4.5.2 间接闭环辨识 71

4.6 子空间辨识 75

4.6.1 符号 76

4.6.2 回归分析法子空间辨识 80

4.6.3 范例 82

4.7 注解和参考文献 85

第5章 状态估计 86

5.1 随机动态系统过滤技术进展 86

5.2 问题界定 88

5.3 状态估计的序贯贝叶斯推理 89

5.3.1 KF和EKF 92

5.3.2 UKF 94

5.4 范例 97

5.5 注解和参考文献 100

第6章 模型预测控制 102

6.1 最先进的模型预测控制 102

6.2 基本原理 103

6.2.1 MPC模型 104

6.2.2 自由和强迫响应 105

6.2.3 目标函数 105

6.2.4 限制条件 106

6.2.5 MPC规则 106

6.3 DMC 107

6.3.1 预测 107

6.3.2 无变形控制移动的DMC 109

6.3.3 变形控制移动的DMC 109

6.3.4 DMC算法反馈 110

6.4 NMPC 113

6.5 NMPC通用优化准则 115

6.6 离散模型：正交配置法 115

6.6.1 预测时域1的正交配置方法 116

6.6.2 预测时域N的正交配置方法 118

6.7 MPC的优、缺点 120

6.8 最优化 121

6.9 范例：混沌系统 122

6.10 注解和参考文献 123

第2部分 管式SOFC 124

第7章 管式SOFC动态模型：第一性原理方法 124

7.1 SOFC堆栈的设计 124

7.2 转换过程 125

7.2.1 电化学反应 125

7.2.2 电流动态 128

7.3 扩散动态 129

7.3.1 扩散传递函数 130

7.3.2 简化的扩散传递函数 131

7.3.3 扩散动态模型 132

7.3.4 扩散系数 133

7.4 燃料输送过程 134

7.4.1 重整／转移反应 134

7.4.2 传质过程 135

7.4.3 动量传递 137

7.4.4 能量转移和热交换 138

7.5 空气输送过程 139

7.5.1 阴极通道传质 139

7.5.2 阴极通道动量传递 140

7.5.3 阴极通道能量传递 140

7.5.4 注入通道空气 140

7.6 SOFC温度 141

7.6.1 动态能量交换过程 141

7.6.2 热传导 142

7.6.3 对流 143

7.6.4 辐射 144

7.6.5 电池温度模型 145

7.6.6 注入管温度模型 145

7.7 最终动态模型 146

7.7.1 I/O变量 146

7.7.2 状态空间模型 147

7.7.3 模型验证 150

7.8 模拟动态属性研究 152

7.8.1 扩散动态 152

7.8.2 燃料输送过程动态 154

7.8.3 空气输送过程动态 156

7.8.4 外部负载动态 157

7.9 注解和参考文献 160

第8章 管式SOFC动态模型：简化的第一性原理方法 161

8.1 简介 161

8.1.1 过程变量的关系 161

8.1.2 功率输出限制 162

8.2 SOFC堆栈的低阶状态空间模型 162

8.2.1 物理过程 163

8.2.2 建模假设 163

8.2.3 I/O变量 163

8.2.4 电压 165

8.2.5 分压 166

8.2.6 流速 167

8.2.7 温度 169

8.3 非线性状态空间模型 170

8.4 仿真 172

8.4.1 验证 172

8.4.2 输入阶跃响应 174

8.4.3 干扰阶跃响应 174

8.5 注解和参考文献 177

第9章 管式SOFC的动态建模与控制：系统辨识方法 178

9.1 简介 178

9.2 系统辨识 178

9.2.1 变量选择 178

9.2.2 阶跃响应测试 179

9.2.3 非典型性阶跃响应 181

9.2.4 输入设计 183

9.2.5 线性系统辨识 184

9.2.6 非线性系统辨识 199

9.3 PID控制 203

9.3.1 设定点跟踪 204

9.3.2 抗干扰 204

9.3.3 离散时间过程IMC 206

9.3.4 多环控制SOFC离散时间IMC应用 214

9.4 闭环辨识 218

9.5 注解和参考文献 223

第3部分 板式SOFC 224

第10章 板式SOFC动态建模：第一性原理方法 224

10.1 简介 224

10.2 几何学 225

10.3 堆栈电压 225

10.4 质量守恒 227

10.5 能量守恒 228

10.5.1 集中模型 228

10.5.2 详细模型 229

10.6 仿真 232

10.6.1 稳态响应 233

10.6.2 动态响应 234

10.7 注解和参考文献 236

第11章 板式SOFC系统动态建模 237

11.1 简介 237

11.2 燃料电池系统 237

11.2.1 燃料和空气热交换 238

11.2.2 重整装置 239

11.2.3 燃烧器 240

11.3 连同电容器的SOFC 241

11.4 仿真结果 242

11.4.1 燃料电池系统仿真 242

11.4.2 超级电容器SOFC堆栈 245

11.5 注解和参考文献 245

第12章 板式SOFC系统的模型预测控制 246

12.1 简介 246

12.2 控制目标 247

12.3 状态估计：UKF 248

12.4 稳态经济优化 250

12.5 控制和仿真 251

12.5.1 LMPC 252

12.5.2 NMPC 254

12.5.3 优化 254

12.6 结果与讨论 256

12.7 注解和参考文献 257

附录 性质和参数 258

A.1 参数 258

A.2 气体性质 259

参考文献 263