ニュース - 水素燃料電池車用燃料電池システムの制御アルゴリズムの選定

水素燃料電池車における燃料電池システム制御アルゴリズムの選定においては、制御要件と実装レベルを考慮することが極めて重要です。優れた制御アルゴリズムは、燃料電池システムの精密な制御を可能にし、定常状態誤差を排除し、高精度な制御を実現します。研究者たちは、比例積分制御、状態フィードバック制御、セグメント化予測負帰還制御、非線形フィードフォワードおよび線形二次レギュレータフィードバック制御、一般化予測制御など、燃料電池システム向けの様々な制御アルゴリズムを検討してきました。しかしながら、燃料電池システムのパラメータの非線形性および不確実性のため、これらの制御アルゴリズムは水素燃料電池車には適していません。これらのアルゴリズムには、特に動的な負荷変動やシステムパラメータの変動に直面した場合に限界があり、結果として許容できない閉ループ性能が生じます。

現在、燃料電池システムに最も適した制御アルゴリズムはファジィ制御です。研究者らはファジィ制御を基盤として、可変領域ファジィ増分制御と呼ばれる、より合理的な制御アルゴリズムを提案しました。このアルゴリズムは、制御対象の精密なモデルに依存しないこと、構造が単純であること、適応性が高いこと、堅牢性が高いことなど、ファジィ制御の利点を維持しています。さらに、ファジィ制御で発生する可能性のある定常状態精度の低さや静的誤差といった問題にも対処しています。スケーリング係数を用いてファジィ領域を拡大または縮小することで、制御ルールの数を間接的に増加させ、定常状態誤差をゼロにし、高精度な制御を実現します。さらに、可変領域ファジィ増分制御システムは、広い誤差範囲内で高速な動的応答を示し、小さな偏差範囲内での調整デッドゾーンを回避することで、システムの動的性能、静的性能、堅牢性をさらに向上させます。

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燃料電池システムのパラメータの非線形性と不確実性
水素燃料電池車は、水素ガスをエネルギー源とすることで、低騒音、高効率、優れた出力性能、長い航続距離といった利点を持つ一方で、燃料電池内部では熱伝達、電荷移動、生成物の排出、反応ガスの供給など、多くの輸送プロセスが同時に発生します。その結果、温度、湿度、気流、電流といった要素が反応ガスの流れに沿って不均一に分布します。これにより燃料電池システムに非線形性と不確実性が生じ、これらの要素が適切に制御されない場合、燃料電池の性能や健全性に悪影響を及ぼす可能性があります。

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可変領域ファジィ増分制御の利点
可変領域ファジー増分制御は、ファジー制御を基盤とした最適化手法です。制御対象の精密なモデルに依存しない、構造が単純、適応性に優れている、堅牢性が高いといったファジー制御の利点を維持するだけでなく、ファジー制御における定常状態精度や静的誤差の低さといった潜在的な問題にも対処します。スケーリング係数を用いてファジー領域を拡大または縮小することで、制御ルールを間接的に増加させることができ、定常状態誤差をゼロに抑え、高精度な制御を実現します。さらに、可変領域ファジー増分制御システムの動的応答速度は、広い誤差範囲において高速であるため、小さな偏差範囲内での調整デッドゾーンを回避でき、システムの動的性能、静的性能、堅牢性をさらに向上させることができます。