بخشی از مقاله
چکیده
امروزه با توجه به کاربردهای پیل سوختی و گسترش استفاده از آن در صنایع و محیطهای مختلف، بحث طراحی سیستم کنترل آن توجهها را به خود جلب کرد. در این مقاله، کنترلکننده مبتنی بر منطق فازی به منظور کنترل ردگیری ولتاژ و توان خروجی پیل سوختی ارائه شده است. از آنجایی که از بین انواع مختلف پیل سوختی، پیل سوختی غشا پلیمری ویژگیهای منحصر به فردی از قبیل دمای عملیاتی پایین، پاسخ سریع، ماندگاری و چگالی توان بالا را دارا میباشد، لذا سیستم کنترل پیشنهادی روی پیل سوختی پلیمری H2/Air انتها باز بررسی شده است.
همچنین برای طراحی سیستم کنترل و به دلیل عدم وابستگی سیستم کنترل فازی به مدل و معادلات دینامیکی پیچیده پیل سوختی، با بهکارگیری این روش مسئله کنترل آن مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل پیل سوختی پلیمری و همچنین سیستم کنترل فازی ارائه شده، در محیط سیمولینک نرمافزار متلب پیادهسازی گردیده که نتایج شبیهسازی عملکرد مطلوب سیستم کنترل، برای ردگیری ولتاژ و توان خروجی پیل سوختی را نشان میدهد.
-1 مقدمه
در عصر حاضر، به منظور کاهش استفاده از سوختهای فسیلی، مسئله جایگزین کردن آنها با انرژیهای پاک و سازگار با محیط زیست از اهمیت بسیاری برخوردار گردیده است . - Hong et al , 2016 - پیل سوختی یکی از ابزارهایی است که میتواند به کاهش آلودگیهای زیست محیطی و گازهای گلخانهای، کمک شایانی کند. پیل سوختی پلیمری یکی از انواع مختلف پیل سوختی میباشد که به دلیل ویژگیهای منحصر به فردی از قبیل دمای عملیاتی پایین، پاسخ سریع، ماندگاری و چگالی توان بالا، مورد توجه قرار گرفته است.
پیل سوختی پلیمری یک سیستم الکتروشیمیایی است که انرژی شیمیایی هیدروژن و اکسیژن را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند - به دلیل کاربردهای وسیع و حساس پیل سوختی، مسئله کنترل آن از اهمیت به سزایی برخوردار گشته است. از این رو، به منظور عملکرد مداوم و مطلوب، پیلهای سوختی نیازمند کنترل سریع و موثر میباشند. یکی از چالشهای مهمی که طراحان حوزه کنترل با آن مواجه میباشند، طراحی کنترلکننده برای پیل سوختی با وجود پارامترهای مختلف از قبیل دمای عملیاتی، فشار، دبی هیدروژن و اکسیژن و ... است که روی عملکرد آن تاثیر میگذارد.
یکی از کنترلکنندههای رایج برای کنترل سیستمها، کنترلکننده فازی میباشد. به دلیل مبتنی بر مدل نبودن سیستم کنترل فازی - Wang, 1993 - ، میتوان از آن برای کنترل سیستمهای مختلف از جمله سیستم غیرخطی با دینامیک پیچیده پیل سوختی استفاده نمود. کنترلکنندههای فازی مختلفی برای کنترل متغیرهای پیل سوختی ارائه شده است.
در - Fattahi, 2017 - ، کنترلکننده فازی مد لغزشی دبی هیدروژن برای تولید توان ارائه گردیده است. در - Zilouchian and Saengrung, 2017 - ، کنترل نرخ دبی جرمی هوای پیل سوختی با استفاده از کنترلکننده هوشمند عصبی فازی پیادهسازی شده است. در - Benchouia et al, 2015 - ، با کنترل فازی تطبیقی دبی هیدروژن ورودی پیل سوختی، توان خروجی آن کنترل شده و سیستم کنترل روی پیل سوختی 1/2 وات شبیهسازی گردیده است.
از آنجایی که ولتاژ خروجی پیل سوختی در حضور بارهای مختلف تغیر میکند، لذا تثبیت ولتاژ خروجی آن از چالشهای اساسی میباشد. یکی از راههای متداول تثبیت ولتاژ خروجی پیل سوختی استفاده از مبدلهای DC/DC است - Kolli et al, 2015 - ، - Slah - et al, 2017، . - Valdez-Resendiz et al, 2017 - روش دیگر، طراحی کنترلکننده برای ردگیری نقطه تنظیم یا مسیر مطلوب ولتاژ خروجی پیل سوختی است. در این مقاله، کنترلکننده فازی برای ردگیری ولتاژ و توان خروجی پیل سوختی طراحی و شبیهسازی شده است.
خروجی کنترلکننده فازی ارائه شده از جنس جریان میباشد یعنی کنترلکننده، جریان پیل سوختی را به گونهای اعمال میکند تا ولتاژ یا توان خروجی مسیر مطلوب را ردگیری کند. این مقاله به صورت زیر سازماندهی شده است: در بخش دوم به مبحث مدلسازی پیل سوختی پلیمری پرداخته شده است. در بخش سوم طراحی سیستم کنترل فازی پیل سوختی پلیمری انجام شده است. همچنین نتایج مربوط به شبیهسازی سیستم، در بخش چهارم و درنهایت در بخش پنجم نتیجهگیری ارائه گردیده است.
-2 مدلسازی
1-2 پیل سوختی پلیمری
پیل سوختی پلیمری یکی از پرکاربردترین نوع پیلهای سوختی میباشد که از هیدروژن و اکسیژن جهت تولید انرژی استفاده میکند. پیل سوختی از الکترولیت محاصره شده توسط دو الکترود تشکیل شده است. هیدروژن از سمت الکترودی که آند نامیده میشود به پیل سوختی تزریق شده و به یونهای پروتون و الکترون مطابق رابطه - 1 - تبدیل میشود.
