燃料電池發(fā)動機二次開發(fā)控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

參數(shù)升級

　　燃料電池發(fā)動機控制系統(tǒng)常用的參數(shù)包括了各類控制參數(shù)、安全參數(shù)以及不同傳感器的標定參數(shù)等。其中，控制參數(shù)包括開關(guān)機流程控制、風機功率控制、增濕水流量控制、尾氣排放控制等；安全參數(shù)包括各類報警參數(shù)、電堆保護參數(shù)（自關(guān)機、降載）、保護延時參數(shù)等；各類傳感器如電壓、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(zhuǎn)換參數(shù)，參數(shù)中包含了傳感器的量程、信號類型等，但當傳感器損壞、需要更換時，控制器中的計算參數(shù)也要相應調(diào)整。實驗證明，各類參數(shù)的合理配置可以及時重組整個控制系統(tǒng)的控制策略，能更加安全、可靠地實現(xiàn)燃料電池發(fā)動機的最優(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(tǒng)就會執(zhí)行自關(guān)機指令，當電堆性能升級時，電堆所能承受的工作范圍相應變廣，這時可通過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。

二次開發(fā)升級實現(xiàn)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并分區(qū)保存在軟配置模塊的EEPROM中，然后由DSP主程序從EEPROM中已分類好的固定地址中調(diào)用。上位機在配置升級信息時就相當于改變數(shù)據(jù)在EEPROM中的存貯順序或大小。本系統(tǒng)采用的EEPROM空間大小為64kB，每頁數(shù)據(jù)存儲區(qū)有32個字節(jié)（0x0000-0x0031），可以存貯256頁(0x0000-0xFF00)，每一頁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程中，上位機配置終端和控制器軟配置模塊對各個硬件端口的協(xié)同定義構(gòu)成了一個映射模型（如圖4）。所謂的映射模型可以抽象成這樣的一個函數(shù)映射，即f：x→y，其中x和y是兩個構(gòu)件集合，在這里可以表示為控制器硬件端口序號及其實際應用功能， f是x到y(tǒng)的一個映射，是可變的，該映射關(guān)系通過EEPROM為媒介得以表現(xiàn)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，原來的控制器第一路A/D接口初始設置為“采集進堆溫度信號”，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，表示端口的實際應用功能；而f則把兩者關(guān)聯(lián)起來，表示了x到y(tǒng)的映射關(guān)系。當上位機將這兩路A/D接口交換配置時，f也相應發(fā)生變化，配置的結(jié)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“采集進堆溫度信號”了。

（2）執(zhí)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升級信息的映射模型也就相應建立完畢，這時DSP再通過執(zhí)行引摯將各個映射模型調(diào)用到主程序相應的程序模塊中。執(zhí)行引擎是一個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函數(shù)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(zhí)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(zhí)行模塊的映射。

多性能協(xié)調(diào)控制策略

　　燃料電池發(fā)動機二次開發(fā)控制系統(tǒng)的另一個特點在于其控制策略的多樣性。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)對于單個控制對象而言通常只有一種控制策略，在控制過程中無法滿足用戶或功能擴展的需求，有時為了滿足不同的控制目標而不得不重新燒寫程序甚至重新設計控制器。如圖5所示，本系統(tǒng)通過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)動機進行控制?？晒┻x擇的控制策略有系統(tǒng)全局正常運行協(xié)調(diào)控制策略、系統(tǒng)局部正常運行協(xié)調(diào)控制策略以及系統(tǒng)局部故障運行協(xié)調(diào)控制策略。多種控制策略的備選在很大程度上滿足了控制系統(tǒng)的不同需求，其操作簡易，人機對話友好。

結(jié)論

　　本文根據(jù)燃料電池發(fā)動機二次開發(fā)系統(tǒng)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發(fā)升級機制，控制器實現(xiàn)了對內(nèi)部端口結(jié)構(gòu)以及控制系統(tǒng)運行參數(shù)的二次開發(fā)升級。本文還提出了燃料電池發(fā)動機控制系統(tǒng)多性能協(xié)調(diào)控制策略，并對其在該控制系統(tǒng)中的應用進行了初步探索。實踐表明，該控制系統(tǒng)運行狀況穩(wěn)定、可靠，并獲得了良好的控制效果。