燃料電池發(fā)動(dòng)機二次開(kāi)發(fā)控制系統的設計與實(shí)現

參數升級

　　燃料電池發(fā)動(dòng)機控制系統常用的參數包括了各類(lèi)控制參數、安全參數以及不同傳感器的標定參數等。其中，控制參數包括開(kāi)關(guān)機流程控制、風(fēng)機功率控制、增濕水流量控制、尾氣排放控制等；安全參數包括各類(lèi)報警參數、電堆保護參數（自關(guān)機、降載）、保護延時(shí)參數等；各類(lèi)傳感器如電壓、電流、水位、壓力等傳感器。傳感器是A/D采樣的重要渠道，控制器中集成了對各種傳感器采樣初值的計算轉換參數，參數中包含了傳感器的量程、信號類(lèi)型等，但當傳感器損壞、需要更換時(shí)，控制器中的計算參數也要相應調整。實(shí)驗證明，各類(lèi)參數的合理配置可以及時(shí)重組整個(gè)控制系統的控制策略，能更加安全、可靠地實(shí)現燃料電池發(fā)動(dòng)機的最優(yōu)凈功率輸出。

　　例如，在自關(guān)機條件中，電堆的溫度、氫氣的壓力、風(fēng)機電流等都是影響正常工作的重要因素，一旦超出允許范圍控制系統就會(huì )執行自關(guān)機指令，當電堆性能升級時(shí)，電堆所能承受的工作范圍相應變廣，這時(shí)可通過(guò)上位機配置新的自關(guān)機條件使控制器得到相應的配置升級。

二次開(kāi)發(fā)升級實(shí)現策略

　　上位機將配置信息傳送到控制器中，控制器判斷識別后將信息分類(lèi)并分區保存在軟配置模塊的EEPROM中，然后由DSP主程序從EEPROM中已分類(lèi)好的固定地址中調用。上位機在配置升級信息時(shí)就相當于改變數據在EEPROM中的存貯順序或大小。本系統采用的EEPROM空間大小為64kB，每頁(yè)數據存儲區有32個(gè)字節（0x0000-0x0031），可以存貯256頁(yè)(0x0000-0xFF00)，每一頁(yè)可以存貯一種配置信息。

（1）射映模型

　　在控制器端口的配置升級過(guò)程中，上位機配置終端和控制器軟配置模塊對各個(gè)硬件端口的協(xié)同定義構成了一個(gè)映射模型（如圖4）。所謂的映射模型可以抽象成這樣的一個(gè)函數映射，即f：x→y，其中x和y是兩個(gè)構件集合，在這里可以表示為控制器硬件端口序號及其實(shí)際應用功能， f是x到y的一個(gè)映射，是可變的，該映射關(guān)系通過(guò)EEPROM為媒介得以表現并保存。上位機每發(fā)送一次新的端口配置， f就改變一次，新的硬件端口功能也相應改變。例如，原來(lái)的控制器第一路A/D接口初始設置為“采集進(jìn)堆溫度信號”，第二路A/D設置為“采集出堆溫度信號”，“第一路”和“第二路”就是映射模型中的x，表示這是在控制器上的硬件端口序號；而“進(jìn)堆溫度”和“出堆溫度”則是上位機所要配置的 y，表示端口的實(shí)際應用功能；而f則把兩者關(guān)聯(lián)起來(lái)，表示了x到y的映射關(guān)系。當上位機將這兩路A/D接口交換配置時(shí)，f也相應發(fā)生變化，配置的結果就是“第一路”A/D端口變成“采集出堆溫度信號”，“第二路”A/D端口則變成“采集進(jìn)堆溫度信號”了。

（2）執行引摯

　　上位機完成了對控制器的配置工作后，在軟配置模塊中各個(gè)升級信息的映射模型也就相應建立完畢，這時(shí)DSP再通過(guò)執行引摯將各個(gè)映射模型調用到主程序相應的程序模塊中。執行引擎是一個(gè)比表示配置信息的映射模型更高一級的映射模型，同理也可以把它抽象成一個(gè)函數映射f：x→y，在這里，x是指軟配置模塊中的升級信息映射模型，如A/D端口映射模型、I/O端口映射模型、自關(guān)機條件映射模型、傳感器標定映射模型等；而y則是主程序中執行這一部份升級信息的程序模塊， f則完成相應映射模型到程序執行模塊的映射。

多性能協(xié)調控制策略

　　燃料電池發(fā)動(dòng)機二次開(kāi)發(fā)控制系統的另一個(gè)特點(diǎn)在于其控制策略的多樣性。傳統的控制系統對于單個(gè)控制對象而言通常只有一種控制策略，在控制過(guò)程中無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)或功能擴展的需求，有時(shí)為了滿(mǎn)足不同的控制目標而不得不重新燒寫(xiě)程序甚至重新設計控制器。如圖5所示，本系統通過(guò)上位機軟切換控制器中集成的策略庫，可以方便地使用多種不同的控制策略對燃料電池發(fā)動(dòng)機進(jìn)行控制?？晒┻x擇的控制策略有系統全局正常運行協(xié)調控制策略、系統局部正常運行協(xié)調控制策略以及系統局部故障運行協(xié)調控制策略。多種控制策略的備選在很大程度上滿(mǎn)足了控制系統的不同需求，其操作簡(jiǎn)易，人機對話(huà)友好。

結論

　　本文根據燃料電池發(fā)動(dòng)機二次開(kāi)發(fā)系統的功能需求，設計了可供軟配置的控制器以及相應的二次開(kāi)發(fā)升級機制，控制器實(shí)現了對內部端口結構以及控制系統運行參數的二次開(kāi)發(fā)升級。本文還提出了燃料電池發(fā)動(dòng)機控制系統多性能協(xié)調控制策略，并對其在該控制系統中的應用進(jìn)行了初步探索。實(shí)踐表明，該控制系統運行狀況穩定、可靠，并獲得了良好的控制效果。