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

參數(shù)升級

　　燃料電池發(fā)動機(jī)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(biāo)定參數(shù)等。其中，控制參數(shù)包括開關(guān)機(jī)流程控制、風(fēng)機(jī)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(hù)參數(shù)（自關(guān)機(jī)、降載）、保護(hù)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(dāng)傳感器損壞、需要更換時，控制器中的計算參數(shù)也要相應(yīng)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(jī)的最優(yōu)凈功率輸出。

　　例如，在自關(guān)機(jī)條件中，電堆的溫度、氫氣的壓力、風(fēng)機(jī)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(jī)指令，當(dāng)電堆性能升級時，電堆所能承受的工作范圍相應(yīng)變廣，這時可通過上位機(jī)配置新的自關(guān)機(jī)條件使控制器得到相應(yīng)的配置升級。

二次開發(fā)升級實現(xiàn)策略

　　上位機(jī)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(jī)在配置升級信息時就相當(dāng)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(jī)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(yīng)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(jī)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(yīng)改變。例如，原來的控制器第一路A/D接口初始設(shè)置為“采集進(jìn)堆溫度信號”，第二路A/D設(shè)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(jī)所要配置的 y，表示端口的實際應(yīng)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(dāng)上位機(jī)將這兩路A/D接口交換配置時，f也相應(yīng)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(jìn)堆溫度信號”了。

（2）執(zhí)行引摯

　　上位機(jī)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(yīng)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(yīng)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(jī)條件映射模型、傳感器標(biāo)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(yīng)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(jī)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(kuò)展的需求，有時為了滿足不同的控制目標(biāo)而不得不重新燒寫程序甚至重新設(shè)計控制器。如圖5所示，本系統(tǒng)通過上位機(jī)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(jī)進(jìn)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(jī)對話友好。

結(jié)論

　　本文根據(jù)燃料電池發(fā)動機(jī)二次開發(fā)系統(tǒng)的功能需求，設(shè)計了可供軟配置的控制器以及相應(yīng)的二次開發(fā)升級機(jī)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(jī)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(yīng)用進(jìn)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。