一种加氢系统的自适应控制系统及方法

本发明涉及车辆加氢领域或者加氢站加氢，特别涉及一种加氢系统的自适应控制系统及方法。

背景技术：

1、氢能作为一种零碳绿色新能源，具有清洁、高效、燃烧后“零”碳排放的特点，加氢站是氢气利用的关键环节，近年来加氢站的数量也在不断增长，加氢站为氢能汽车供应的重要保障，是氢能利用在交通能源领域必不可少的主要设施，是支撑氢燃料汽车产业发展必不可缺的基石。加氢站是氢燃料电池车辆、氢内燃机车辆和氢气混合燃料车辆等的车用储氢瓶充装氢气燃料的专门场所。氢燃料加注系统是加氢站内必须要使用的系统，现有的加氢系统缺少有自适应控制的方案，加氢的效率较低。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种加氢系统的自适应控制系统及方法，通过加氢枪和相关传感器对加氢过程中温度、压力和流速的实时监测与反馈，使控制系统可以计算出最佳的加氢方案，对加氢过程进行实时的改进和提高，从而实现高效的氢气加注。

2、本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

3、一种加氢系统的自适应控制系统，加氢枪的输入端与加氢系统的控制阀门相连接，加氢枪输出端可与车载储氢瓶的进气端相连接，还包括目标参数选取模块、控制单元和工作单元，

4、所述工作单元包括无线信号接收装置，红外通讯模块、压力传感器模块和流速传感器模块；所述红外通讯模块用于检测加氢过程中氢气的温度；所述压力传感器模块用于检测加氢过程中氢气的压力；所述流速传感器模块用于检测加氢过程中氢气的流量；所述车载储氢瓶上设有无线信号发射器，用于发射车载储氢瓶的信息，所述无线信号收发装置用于接收无线信号发射器发出的信息；

5、所述控制单元包括参数调整模块、最佳加氢压力生成模块、过载保护模块和组合控制模块；所述无线信号接收装置将车载储氢瓶的信息输入目标参数选取模块；所述红外通讯模块、压力传感器模块和流速传感器模块分别将加氢过程中氢气的温度、压力和流量输入控制单元中的过载保护模块，用于判断是否需要报警；所述压力传感器模块将加氢过程中氢气的压力输入参数调整模块，所述参数调整模块得出最佳氢气流速范围，并将最佳氢气流速范围输入组合控制模块；

6、加氢过程中氢气的压力与目标参数选取模块输出的标准压力分别输入最佳加氢压力生成模块，用于输出最佳加氢压力；所述最佳加氢压力输入组合控制模块；所述组合控制模块根据最佳加氢压力计算得出氢气流量，并根据计算出的氢气流量与最佳氢气流速范围确定隶属度，所述组合控制模块将隶属度输入加氢系统的控制阀门，用于控制所述加氢系统的控制阀门。

7、进一步，所述车载储氢瓶的信息包括车载储氢瓶当前的温度和压力，及车载储氢瓶的额定参数。

8、进一步，所述参数调整模块得出最佳氢气流速范围，具体为：

9、所述参数调整模块根据加氢过程中氢气的压力大小和历史数据，得出加氢所需的时间t1～t2，其中t1＞t2；所述参数调整模块会结合加氢所需的时间和车载储氢瓶所需的氢气质量v，计算出最佳氢气流速范围

10、进一步，所述最佳加氢压力生成模块采用自适应pid控制，将加氢过程中氢气的压力与目标参数选取模块输出的标准压力进行对比得到误差e(t)和de/dt，将二者作为自适应pid控制的输入，进行调整，采取面积中心的法则，再根据输出隶属度函数进行清晰化后，模糊控制器将输出pid三个参数的增量分别为δkp，δki，δkd；根据控制器的参数，得到最佳加氢压力。

11、进一步，所述组合控制模块根据下面公式计算氢气的流量，氢气流量的计算公式为：

12、

13、其中，q为氢气流量，s为加氢枪的横截面积，p0为车辆储氢瓶的初始压力，p为最佳加氢压力，g为重力系数，ρ0为供气管路中的气体初始密度，k为绝热系数。

14、进一步，根据计算出的氢气流量与最佳氢气流速范围确定隶属度，具体为：

15、计算所得结果计入隶属函数：

16、

17、其中，y表示隶属度。

18、一种加氢系统的自适应控制系统的控制方法，包括如下步骤：

19、无线信号接收装置获取车载储氢瓶当前的温度、压力和储氢瓶额定参数；

20、通过红外通讯模块检测加氢过程中氢气的温度；通过压力传感器模块检测加氢过程中氢气的压力；通过流速传感器模块检测加氢过程中氢气的流量；判断加氢过程中氢气的温度、压力和流量是否超过设定值，超过设定值时过载保护模块启动报警并关闭加氢系统的控制阀门；

21、根据加氢过程中氢气的压力，确定加氢所需的时间范围[t2,t1]；结合加氢所需的时间和车载储氢瓶所需的氢气质量v，计算出最佳氢气流速范围

22、将加氢过程中氢气的压力与目标参数选取模块中的额定加氢压力通过pid算法得出最佳加氢压力，根据最佳加氢压力计算得出氢气流量q；

23、根据氢气流量与最佳氢气流速范围确定隶属度，当隶属度在0-1之间，则系统将继续q进行加注，当隶属度不在0到1之间，则控制系统调控加氢系统的控制阀门。

24、本发明的有益效果在于：

25、本发明可以实时监测氢气加注时的压力、温度和氢气流速，并且与加氢控制系统做好实时的反馈和调整，形成一个自适应控制的循环，由此可以减少不必要的浪费，最大程度的提升加氢效率。本发明根据上述内容提出一种车用加氢系统的自适应控制方法，通过加氢控制单元、加氢工作单元以及车载储氢瓶之间的can通讯加无线通讯zigbee的混合信息交流方式，实时监测和调控氢气加注时的温度、压力、流速等参数，有效地提高了加氢速率，进而大程度的提升了加氢效率。

技术特征：

1.一种加氢系统的自适应控制系统，加氢枪的输入端与加氢系统的控制阀门相连接，加氢枪输出端可与车载储氢瓶的进气端相连接，其特征在于，还包括目标参数选取模块、控制单元和工作单元，

2.根据权利要求1所述的加氢系统的自适应控制系统，其特征在于，所述车载储氢瓶的信息包括车载储氢瓶当前的温度和压力，及车载储氢瓶的额定参数。

3.根据权利要求1所述的加氢系统的自适应控制系统，其特征在于，所述参数调整模块得出最佳氢气流速范围，具体为：

4.根据权利要求1所述的加氢系统的自适应控制系统，其特征在于，所述最佳加氢压力生成模块采用自适应pid控制，将加氢过程中氢气的压力与目标参数选取模块输出的标准压力进行对比得到误差e(t)和de/dt，将二者作为自适应pid控制的输入，进行调整，采取面积中心的法则，再根据输出隶属度函数进行清晰化后，模糊控制器将输出pid三个参数的增量分别为δkp，δki，δkd；根据控制器的参数，得到最佳加氢压力。

5.根据权利要求1所述的加氢系统的自适应控制系统，其特征在于，所述组合控制模块根据下面公式计算氢气的流量，氢气流量的计算公式为：

6.根据权利要求1所述的加氢系统的自适应控制系统，其特征在于，根据计算出的氢气流量与最佳氢气流速范围确定隶属度，具体为：

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的加氢系统的自适应控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明提供了一种加氢系统的自适应控制系统及方法，包括目标参数选取模块、控制单元和工作单元，无线信号接收装置将车载储氢瓶的信息输入目标参数选取模块；压力传感器模块将加氢过程中氢气的压力输入参数调整模块，参数调整模块得出最佳氢气流速范围；加氢过程中氢气的压力与目标参数选取模块输出的标准压力分别输入最佳加氢压力生成模块；最佳加氢压力输入组合控制模块；组合控制模块根据最佳加氢压力计算得出氢气流量，并根据计算出的氢气流量与最佳氢气流速范围确定隶属度，组合控制模块将隶属度输入加氢系统的控制阀门，用于控制加氢系统的控制阀门。本发明对加氢过程进行实时的改进和提高，从而实现高效的氢气加注。技术研发人员：解玄,郭家智,潘子豪,孙旭晨,尹必峰,沈硕,屈小雅,苏孝材受保护的技术使用者：江苏大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18