طراحی کنترل کننده بهینه برای سیستم های پیل سوختی پلیمری

بحران انرژی یکی ازموضوعاتی است که به شدت مورد توجه جوامع امروزی قرار گرفته است. سوخت-های فسیلی که تاکنون تأمین¬کننده¬ی بخش عمده¬ای از انرژی مورد نیاز بشر بوده¬اند، منابعی رو به زوال هستند. این سیستم¬ها علاوه بر اتلاف منابع سوختی، از مهم¬ترین منابع آلوده¬کننده¬ی محیط زیست نیز به حساب می¬آیند. از این رو، استفاده از پیل¬های سوختی با توجه به بازده بالا و عدم آلودگی محیط زیست بسیار لازم و ضروری است. در بین انواع پیل¬های سوختی، نوع پلیمری آن با توجه به راندمان بالا، دمای عملکرد پایین، راه¬اندازی سریع و ساختار محکم، جایگاه خاصی دارد. پیل سوختی پلیمری در دستگاه¬های قابل حمل، صنعت خودرو و تامین انرژی منازل مورد استفاده قرار می¬گیرد. ولتاژ خروجی پیل¬های سوختی پلیمری با تغییرات بار به سرعت تغییر می¬کند و توانی که می¬تواند استخراج شود قابل تغییر می¬باشد. بنابراین، برای حفظ حداکثر توان تولید شده در سیستم پیل¬های سوختی پلیمری یک کنترل¬کننده مورد نیاز است، که به طور موثر منبع و دامنه بار دینامیکی را با هم هماهنگ کند. تطبیق منبع و دامنه بار را می¬توان با تنظیم زمان¬کار مبدل که واسط آنها است ¬به دست آورد. برای این منظور، مبدل بوست انتخاب شده است که ابتدا برای محاسبه نمودن بینش رفتاری مبدل جهت طراحی مناسب جبران¬کننده مدل مبدل در محیط simulink نرم¬افزارmatlab شبیه¬سازی شده است. سپس جهت کنترل جریان و عملکرد بهتر پیل سوختی یک کنترل¬کننده بر پایه¬ی کنترل مد جریان و lqr طراحی شده است¬. هدف مورد نظرکنترل¬کننده این است که جریان سلف مبدل بوست به دقت جریان مرجع داده شده را دنبال کند. مقادیر ماتریس¬های qو r به دو روش تجربی و الگوریتم ژنتیک طراحی شده¬اند. همچنین به بررسی عملکرد کنترل¬کننده pid پرداخته شده است، ثابت¬های کنترلی کنترل¬کننده pid نیز به دو روش زیگلر نیکلز و الگوریتم ژنتیک محاسبه شده¬اند. شبیه¬سازی¬ها در محیط simulink نرم¬افزارmatlab انجام گرفته و مقادیر مشخصه¬های پاسخ به ورودی پله سیستم حلقه بسته و رفتار مدل تحت بار متغیر مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین نتایج شبیه¬سازی کنترل¬کننده pid و lqr طراحی شده با یکدیگر مقایسه شده است.