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龙图腾网恭喜合肥工业大学申请的专利一种网联下的燃料电池汽车氢气控制系统及方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119179273B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-03-18发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411696836.X，技术领域涉及：G05B13/04；该发明授权一种网联下的燃料电池汽车氢气控制系统及方法是由朱仲文;程谭龙;江维海;李丞;季传龙;佟强设计研发完成，并于2024-11-26向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种网联下的燃料电池汽车氢气控制系统及方法在说明书摘要公布了：本发明提出了一种网联下的燃料电池汽车氢气控制系统及方法，所述系统包括：比例流量阀、电堆、吹扫阀、压力传感器、循环泵等部件。通过设计解耦滑模控制器在补偿模型精度不准的同时实现了流量和压力的解耦，并通过李雅普诺夫原理证明了反馈控制律的稳定性。针对滑模控制存在动态响应性能和抖振相矛盾的问题，进一步设计了基于梯度下降的滑模控制参数自适应寻优方法，并通过前馈控制器提高变载时的系统稳定性，同时采用滑模调优参数MAP自学习的方式，在保证闭环系统稳定的同时解决了瞬态工况下的梯度寻优延迟问题。此外通过车联网获取的道路信息优化电堆输出功率，并将算法分配给车载芯片的不同核心来提高算法运算速度，降低芯片负载。

本发明授权一种网联下的燃料电池汽车氢气控制系统及方法在权利要求书中公布了：1.一种网联下的燃料电池汽车氢气控制方法，其特征在于，所述方法基于一种网联下的燃料电池汽车氢气控制系统而实施，所述方法包括以下步骤：一、控制模型建立：1比例流量阀建模，比例流量阀公式计算如下：式1：其中：Ppv是比例流量阀前端压力，Tair为大气温度，ρH2为氢气密度，c1～3为常数，u1为比例流量阀的控制输入；2进气歧管建模，进气歧管公式如下：式2：其中，Vsm为进气歧管容积，Mpv,out为比例流量阀出口流量，Mpu,out为循环泵出口流量，Man,in为电堆阳极入口流量，R为摩尔气体常数，Msm,in进气歧管入口流量，Msm,out进气歧管出口流量；3电堆建模，由于电堆忽略了内部氮气渗透和氢气渗透现象，并且忽略水对阳极压力和流量的影响，所以电堆微分方程如下：式3：式4：Pan,out＝Pan-ΔPst；式5：其中：Pan阳极腔压力，Man,in阳极入口流量，Mreact阳极反应的氢气流量，Man,out阳极出口氢气流量，Δpst氢气反应造成的电堆阳极出口压力下降，Cw阳极流场宽度，Cd阳极流场深度，L阳极流场长度，MH2氢气摩尔质量，Ncell电堆单体数量，Ireq电堆需求电流，n为阳极流场通道数量，c4～10常数；4回气歧管建模，回气歧管公式如下：式6：其中：Prm回气歧管压力，Mrm,in回气歧管入口流量，Mrm,out回气歧管出口流量，Vrm回气歧管体积，Tst电堆温度；5循环泵建模，循环泵公式如下：式7：其中：c11为循环泵转速和控制输入电压的比例参数，dpu为循环泵叶片直径，循环泵的出口压力通过其等熵效率和机械效率来计算，循环泵出口压力设为kpuu2，其中kpu为和循环泵入口压力有关的变量，u2为循环泵的控制输入；还包括多核控制器任务分配，采用InfineonTC275TD-Step作为燃料电池控制器，将燃料电池氢气系统功率修正、前馈控制、扰动观测、反馈解耦控制及参数寻优分配至处理器三个核CPU0，CPU1，CPU2中并行的步骤包括：1将网联下的电堆输出功率修正任务及前馈控制算法分配至多核处理器的第一个核CPU0中运行，根据道路信息和SOC实时更新电堆需求功率，并输出前馈控制器进行瞬态控制；2根据CPU0预测更新的电堆的需求流量和压力信息设计了反馈解耦控制器，并将算法分配至CPU1中并行运行；3将随机梯度优化算法分配至CPU2中并行运行，同时寻优五个步长下的滑模控制调优参数，对寻优到的五个调优参数取均值作为最终输出的调优参数，同时对调优参数进行稳定性判定，判稳的调优参数更新覆盖预设的离线调优参数Map；所述将网联下的电堆输出功率修正任务及前馈控制算法分配至多核处理器的第一个核CPU0中运行，根据道路信息和SOC实时更新电堆需求功率，并输出前馈控制器进行瞬态控制的步骤包括：1.1判断电堆是否处于启动阶段，若是则计算出相应的静态前馈控制律用于补偿启动阶段氢气系统子部件的迟滞响应造成的扰动；静态前馈控制器设计如下：1.1.1确定系统状态变量；状态1：阳极入口压力：式8：状态2：循环泵转速：式9：x2＝c11u2；1.1.2定义系统输出：y1比例阀出口质量流量，y2阳极入口压力：式10：1.1.3控制输入：kpv比例流量阀开度，Vpu氢气循环泵电机控制输入电压；式11：1.1.4定义φ1,φ2：氢气供应子系统过量供给氢气进入阳极，不同工况下阳极入口处所需要的氢气流量，计算公式如下：式12：其中:F为法拉第常数，为氢气摩尔质量，Ncell为电堆单体数量，Ireq为电堆需求电流；则φ1,φ2定义如下：式13：1.1.5对φ1,φ2进行一次求导：式14：在燃料电池开始运行阶段，由于整个燃料电池系统的迟滞性，经过循环泵加压后的再循环的氢气流量相比于比例流量阀输出的流量忽略不记，所以此处φ1忽略来自循环泵流体的影响，此时简化如下：式15：1.1.6令从而得到静态前馈控制律：式16：1.2实时获取车辆位置信息；1.3实时获取道路信息；1.4实时获取红绿灯信息；1.5实时获取动力电池SOC；1.6根据道路信息，红绿灯信息和动力电池SOC判断车辆未来状态：急加速、急减速、缓加速、缓减速；1.7设置了四组修正因子来修正FCU后一时刻发送的电堆需求电流信息；1.8更新氢气系统需求供给的流量及压力信息并写入共享寄存器；1.9判断电堆需求功率是否存在阶跃性变化，若存在则计算出相应的动态前馈控制律进行扰动补偿；动态前馈控制器设计如下：1.9.1修正控制输入，形式如下：式17：1.9.2修正入堆需求流量Man,ref：式18：其中：Man,pre为修正过后的燃料电池需求流量，Ipre为修正过后的电堆需求电流；1.9.3对求导：式19：1.9.4将式16、式17带入式19并令推导出动态前馈控制律，具体公式如下：式20：1.10触发中断，CPU1读取更新过后的电堆需求流量和压力信息及前馈控制信息；1.11读取完成，清除中断；1.12进入下一次循环；所述根据CPU0预测更新的电堆的需求流量和压力信息设计了反馈解耦控制器，并将算法分配至CPU1中并行运行的步骤包括：2.1读取修正的电堆需求压力和流量，读取时间超过1ms，中断读取，使用上一次数据；2.2跟踪微分器进行流量和压力进行平滑处理；微分跟踪器是一个单输入双输出模块，旨在对输入信号进行平滑处理，设计两组微分跟踪器用于优化Man,pre和Ppu,pre，输入为电堆需求功率下对应的Man,pre和Ppu,pre，输出r1为处理过后的信号，输出r2为输出的微分，跟踪微分器具体公式设计如下：2.2.1比例流量阀：式21：2.2.2循环泵：式22：其中:τ采样周期,ξ1,ξ2决定跟踪快慢的参数；2.3读取氢气系统当前输出；2.4扰动观测器采集输出进行扰动观测；设计两组扰动观测器，将比例流量阀的流量控制和循环泵的压力控制互相视为扰动，并将此扰动作用在自适应滑模控制器上完成解耦，扰动观测器设计如下：2.4.1比例流量阀：y1k为比例流量阀出口流量：式23：2.4.2循环泵：y2k为循环泵的出口压力：式24：其中:β为观测器调优参数，δ为fal函数线性段区间的长度，α为0～1之间的常数；2.5读取跟踪微分器输出r1,r2和扰动观测器输出z1,z2；2.6更新反馈控制器输入参数；2.7反馈控制器控制律计算；滑模解耦控制器具体设计过程如下：2.7.1误差设计如下:式25：来自循环泵流量的干扰由观测器1输出z1,1补偿，来自比例流量阀的压力干扰由观测器2输出z1,2补偿；2.7.2设计滑模面，取ns＝1；式26：2.7.3趋近率：等速趋近率，并用饱和函数替换符号函数来缓解滑模控制固有的抖振问题，其中ε为滑模控制律调优参数，为调整边界层厚度的参数；式27：2.7.4对s求导并根据扰动观测器输出进行修正：式28：联立式27、式28得到解耦后的滑模反馈控制律：式29：2.8读取扰动观测器输出z3；2.9修正反馈控制律输出完成解耦；修正后的反馈控制律如下：式30：2.10反馈控制律稳定性判定；判定过程如下：2.10.1设计李雅普诺夫函数：式31：2.10.2对设计的李雅普诺夫函数求导：式32：2.10.3ε1,ε2是否均大于零时控制率稳定；2.11读取共享寄存器2的寻优数据并对寻优时间判断，2.12寻优时间小于50ms时直接读取反馈控制律调优参数，反之，读取离线调优参数Map；2.13输出最终的控制律；2.14进入下一次循环；所述将随机梯度优化算法分配至CPU2中并行运行，同时寻优五个步长下的滑模控制调优参数，对寻优到的五个调优参数取均值作为最终输出的调优参数，同时对调优参数进行稳定性判定，判稳的调优参数更新覆盖预设的离线调优参数Map的步骤包括：3.1读取氢气系统当前输出；通过随机梯度下降寻优方法获取滑模控制律调优参数ε；3.2建立代价函数；代价函数如下：3.2.1比例流量阀：式33：3.2.2循环泵：式34：3.3调优参数ε迭代：迭代过程如下：3.3.1比例流量阀：式35：3.3.2循环泵：式36：其中：μ用来调整每一步的迭代步长；3.4同时寻优五个步长下的滑模控制调优参数，对寻优到的五个调优参数取均值作为最终输出的调优参数ε1,grad，ε2,grad；3.5对ε1,grad，ε2,grad参数判定，ε1,grad，ε2,grad不全小于零，触发中断，CPU1读取预设的调优参数Map；3.6ε1,grad，ε2,grad全小于零，对寻优时间进行判断；3.7寻优时间大于50ms，CPU1直接读取预设的调优参数Map；3.8寻优时间小于50ms，CPU1直接读取存储在共享寄存器2里面的数据；3.9更新离线调优Map数据；3.10输出最终控制律；式37：3.11进入下一次循环。

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