CN113972383B - 系统模拟装置、控制参数的验证方法和比例阀控制方法 - Google Patents

系统模拟装置、控制参数的验证方法和比例阀控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及氢气子系统技术领域并提供了一种系统模拟装置、控制参数的验证方法和比例阀控制方法，其中系统模拟装置包括：比例阀，通过第一气路与储氢系统连接，比例阀与控制器电连接；气体缓冲罐，通过第二气路与比例阀连接；分离器，分离器通过第三气路与气体缓冲罐连接，分离器与尾排阀连接；循环泵，具有进气口和出气口，进气口与分离器连接，出气口通过第四气路与第二气路连接；节流阀，设于第三气路。本发明的技术方案中，气体缓冲罐模拟电堆氢气消耗，节流阀模拟电堆压降。这种设计方式能在氢气路零部件不连电堆，进行燃料电池系统测试前，对比例阀的控制参数进行模拟测试或验证，从而使比例阀达到快速稳定与动态响应的目的。

Description

系统模拟装置、控制参数的验证方法和比例阀控制方法
技术领域
本发明涉及氢气子系统技术领域，具体而言，涉及一种系统模拟装置、一种控制参数的验证方法和一种比例阀控制方法。
背景技术
氢气路主要是为燃料电池系统电堆阳极供给氢气，通过控制入堆氢气的压力与流量，以达到满足电堆功率输出需求的目的。如何对氢气子系统的控制参数进行模拟测试或者验证，一直是行业内重点关注的课题。
发明内容
本发明提供的系统模拟装置，包括比例阀、气体缓冲罐、分离器、循环泵和节流阀。其中，比例阀是在普通压力阀、流量阀和方向阀的基础上，用比例电磁铁替代原有的控制部分，按输入的电气信号连续地、按比例地对油液的压力、流量或方向进行远距离控制。通常情况下，比例阀具有压力补偿性能，输出压力和流量可以不受负载变化的影响。比例阀通过第一气路与储氢系统连接，氢气可以经第一气路由储氢系统流向比例阀。此处的储氢系统可以理解为储氢装置，比如储气瓶等，当然，储氢系统还可以包括各种控制阀。进一步地，比例阀用于与控制器电连接，控制器能够控制比例阀的开度。气体缓冲罐通过第二气路与比例阀连接，气体缓冲罐用于改变气体的流速。
进一步地，分离器通过第三气路与气体缓冲罐连接，分离器能够模拟燃料电池中气体和液体分离，以真实还原燃料电池系统，排除无关因素。分离器用于与尾排阀连接。根据所述系统模拟装置中尾排阀开启周期计算出前馈补偿量。进一步地，循环泵具有进气口和出气口。循环泵的进气口与分离器连接，循环泵的出气口通过第四气路与第二气路连接。通过设置循环泵，未经排气口排出的氢气能够依次经过第四气路和第二气路，重新进入到气体缓冲罐。进一步地，节流阀设于第三气路，节流阀是通过改变节流面或节流长度以控制流体流量的阀门，此处对节流阀进行调节，能够模拟燃料电池系统中的电堆压降。
氢气路主要是为燃料电池系统电堆阳极供给氢气，通过控制入堆氢气的压力与流量，以达到满足电堆功率输出需求的目的。如何对氢气子系统的控制参数进行模拟测试或者验证，一直是行业内重点关注的课题。
本申请限定的技术方案中，按照基本的氢气路架构，提供了一种系统模拟装置，气体缓冲罐模拟电堆氢气消耗，节流阀模拟电堆压降，检测氢气路的控制方式能否稳定气体缓冲罐前的气体压力。这种设计方式能在氢气路零部件不连电堆，进行燃料电池系统测试前，对比例阀的控制参数进行模拟测试或验证，从而使比例阀达到快速稳定与动态响应的目的。
另外，本发明提供的上述技术方案还可以具有如下附加技术特征：
在上述技术方案中，还包括：排气口，排气口通过第五气路与气体缓冲罐连接；针阀，设于第五气路，针阀用于改变排气流量。
在该技术方案中，系统模拟装置还包括排气口和针阀。具体地，排气口通过第五气路与气体缓冲罐连接，流入到气体缓冲罐的一部分气体能够依次经过第五气路以及排气口排出，通过排出一部分气体，模拟燃料电池系统中氢气的损耗。进一步地，针阀设于第五气路，针阀是一种微调阀，其阀塞为针形，主要用作调节气流量。微调阀要求阀口开启逐渐变大，从关闭到开启至最大能够连续细微地调节。此处的针阀用于改变排气流量。可以理解为，本申请中的系统模拟装置通过气体缓冲罐配合针阀模拟电堆氢气消耗。
在上述技术方案中，还包括：第一传感器，设于第一气路；第二传感器，设于第二气路；第三传感器，设于第三气路。
在该技术方案中，系统模拟装置还包括第一传感器、第二传感器和第三传感器。其中，第一传感器设于第一气路，氢气子系统设定好初始压力，通过第一传感器对系统压力进行监测，使其满足比例阀前端的压力需求。进一步地，第二传感器设于第二气路，第四气路与第二气路的连接位置处于第二传感器与比例阀之间。由储氢系统进入到第二气路的氢气，以及通过气体循环泵进入第二气路的氢气，先经过第二传感器，之后再进入到气体缓冲罐。第二传感器用于监测氢气排出前的气体压力，即监测系统氢气消耗前的压力。进一步地，第三传感器设于第三气路，第三传感器位于节流阀与循环泵之间，第三传感器用于监测氢气排出后的气体压力，即监测系统氢气消耗后的压力。
通过第二传感器得到第二压力值，通过第三传感器得到第三压力值，控制通过改变针阀的开度，能够对第二压力值与第三压力值的差值进行调节，将压差控制在合理范围内，从而更接近燃料电池系统中氢气的损耗情况。
在上述技术方案中，还包括：控制器，控制器与比例阀电连接，控制器与第一传感器电连接，控制器与第二传感器电连接，控制器与第三传感器电连接。
在该技术方案中，系统模拟装置还包括控制器。具体地，控制器与比例阀电连接，控制器能够控制比例阀的开度。控制器与第一传感器电连接，第一传感器能够将第一压力信息以第一电信号的形式发送至控制器；控制器与第二传感器电连接，第二传感器能够将第二压力信息以第二电信号的形式发送至控制器；控制器与第三传感器电连接，第三传感器能够将第三压力信息以第三电信号的形式发送至控制器。
在上述技术方案中，控制器的输出量为u(t)，比例阀的理论开度与比例阀的实际开度的误差值为e(t)，u(t)＝KPe(t)+Ki∫e(t)dt。
在该技术方案中，控制器的输出量为u(t)，比例阀的理论开度与比例阀的实际开度的误差值为e(t)，输出量u(t)与误差值e(t)之间的计算公式为u(t)＝KPe(t)+Ki∫e(t)dt。其中KP与Ki为控制参数，具体地，KP为比例参数，Ki为积分参数，属于控制器中的标定量。在比例阀的开度控制中，氢气理论入堆压力为a(t)，氢气实际入堆压力为b(t)，比例阀开度参考PWM值为M，氢气压力期望阈值为D，根据尾排阀开启周期计算出的前馈补偿量为c(t)，计算后得到各个时间点下的比例阀开度，通过开度的变化稳定氢气入堆压力，实现氢气压力的稳态控制与动态响应。
在上述技术方案中，还包括：流量计，设于第五气路，流量计位于排气口与针阀之间。
在该技术方案中，系统模拟装置还包括流量计。具体地，流量计设于第五气路，流量计位于排气口与针阀之间。流量计用于测定流量或某一时间段内流体的总量。通过设置流量计，工作人员能够更加精确地对气体的排出量进行控制，有利于提高控制参数验证结果的准确性。
在上述技术方案中，还包括：开关阀，设于第一气路。
在该技术方案中，系统模拟装置还包括开关阀。具体地，开关阀设于第一气路，且开关阀位于第一传感器与储氢系统之间。开关阀为起截止作用的开关。在试验开始前打开开关阀，储氢系统中的氢气能够通过第一气路流向比例阀。在试验结束后关闭开关阀，此时储氢系统中的氢气不再向比例阀流动。
在上述技术方案中，分离器具有第一出口和第二出口，第一出口与进气口连接，系统模拟装置还包括：第六气路，第六气路的一端与第二出口连接。
在该技术方案中，分离器具有第一出口和第二出口，分离器的第一出口与循环泵的进气口连接。第六气路的一端与分离器的第二出口连接。分离器用于将气体和液体分开，设置分离器的目的在于能够尽可能地接近真实的燃料电池系统，有利于排出试验的无关因素。在燃料电池系统中，气体由第一出口进入气体循环泵，液体通过第二出口排出。
在上述技术方案中，还包括：尾排阀，设于第六气路。
在该技术方案中，系统模拟装置还包括尾排阀。具体地，尾排阀设于第六气路。尾排阀用于控制第六气路的打开或关闭，试验过程中尾排阀在第一时间间隔内关闭，在第二时间间隔内打开。
在上述技术方案中，还包括：第七气路，第七气路的一端与第六气路连接，第七气路的另一端与第二气路连接；泄压阀，设于第七气路。
在该技术方案中，系统模拟装置还包括第七气路和泄压阀。具体地，第七气路的一端与第六气路连接，第七气路的另一端与第二气路连接。泄压阀设于第七气路。泄压阀能够根据系统的工作压力自动打开或关闭，设置泄压阀的目的在于尽可能地接近真实的燃料电池系统，有利于排出试验的无关因素。
本发明第二方面提供了一种控制参数的验证方法，用于上述任一实施例中的系统模拟装置，包括：开启系统模拟装置的开关阀和气体循环泵；系统模拟装置的第一传感器的压力值达到压力阈值，系统模拟装置的尾排阀关闭第一时间后打开第二时间；设定气体循环泵的转速，设定系统模拟装置的针阀以及节流阀的开度；经过一定采样数据周期后，根据压力响应时间以及超调量判断控制参数是否符合要求。
根据本发明的控制参数的验证方法的实施例，用于上述任一实施例中的系统模拟装置，具体步骤包括：
第一步：开启系统模拟装置的开关阀和循环泵。试验开始，手动开启开关阀以及循环泵，储氢系统开始供氢；
第二步：系统模拟装置的第一传感器的压力值达到压力阈值，系统模拟装置的尾排阀关闭第一时间后打开第二时间。由第一传感器(P101)进行数据监控，直至比例阀前端压力符合初始压力要求。尾排阀根据经验设定为关闭4.5s打开0.5s；
第三步：设定气体循环泵的转速，设定系统模拟装置的针阀以及节流阀的开度；
第四步，经过一定采样数据周期后，根据压力响应时间以及超调量判断控制参数是否符合要求。在试验进行中通过上位机手动改变控制参数(PI参数)查看第二传感器(P102)的第二压力值的变化，是否满足要求。
试验过程中，循环泵根据各功率点流量设定好转速，针阀根据流量计读数来手动控制开度，准确模拟各个电堆功率点氢气消耗量；节流阀根据实际电堆压降设定好开度，通过第三传感器(P103)的第三压力值与第二传感器(P102)的第二压力值的差值来调节。此时不仅对比例阀的控制参数的合理性进行了充分验证，也通过此方式成功找到了最适合系统的比例阀控制策略。
在上述技术方案中，采样数据周期不少于10次；和/或，压力响应时间为1s；和/或，超调量为2kPa。
在该技术方案中，若在所有功率点下，数据不少于10个周期，压力响应时间小于1s，超调量小于2kPa，则此次设定的控制参数KP与Ki符合满足要求；若不满足要求，则重新设定控制参数KP与Ki，重复实验过程，直到满足响应与超调要求，试验结束。
本发明第三方面提供了一种比例阀控制方法，用于上述任一实施例中的系统模拟装置，包括：氢气理论入堆压力为a(t)，氢气实际入堆压力为系统模拟装置中第二气路的压力b(t)，比例阀开度参考PWM值为M，系统模拟装置中控制器的输出量为u(t)，氢气压力期望阈值为D，根据系统模拟装置中尾排阀开启周期计算出前馈补偿量为c(t)，比例阀开度为m(t)；判断u(t)是否大于D；若是，则m(t)＝M+c(t)-M·b(t)/a(t)；若否，则判断u(t)是否小于-D；若是，则m(t)＝M+c(t)+M·b(t)/a(t)；若否，则m(t)＝M+c(t)。
根据本发明的比例阀控制方法的实施例，用于上述任一实施例中的系统模拟装置，具体步骤包括：
第一步：氢气理论入堆压力为a(t)，氢气实际入堆压力为系统模拟装置中第二气路的压力b(t)，比例阀开度参考PWM值为M，系统模拟装置中控制器的输出量为u(t)，氢气压力期望阈值为D，根据系统模拟装置中尾排阀开启周期计算出前馈补偿量为c(t)，比例阀开度为m(t)；
第二步：判断u(t)是否大于D。即判断控制器的输出量是否大于氢气压力期望阈值；
第三步：若是，则m(t)＝M+c(t)-M·b(t)/a(t)。具体地，若控制器的输出量大于氢气压力期望阈值，则比例阀开度m(t)＝M+c(t)-M·b(t)/a(t)；
第四步：若否，则判断u(t)是否小于-D。若控制器的输出量不大于氢气压力期望阈值，则进一步判断控制器的输出量是否小于氢气压力期望阈值的相反数(即-D)；
第五步：若是，则m(t)＝M+c(t)+M·b(t)/a(t)。若控制器的输出量不大于氢气压力期望阈值的前提下，控制器的输出量小于氢气压力期望阈值的相反数，则比例阀开度m(t)＝M+c(t)+M·b(t)/a(t)；
第六步：若否，则m(t)＝M+c(t)。若控制器的输出量不大于氢气压力期望阈值的前提下，控制器的输出量也不小于氢气压力期望阈值的相反数，则比例阀开度m(t)＝M+c(t)。
本发明的实施例的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个实施例的系统模拟装置的示意图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的比例阀控制方法的示意图；
图3示出了根据本发明的一个实施例的控制参数的验证方法的第一示意图；
图4示出了根据本发明的一个实施例的控制参数的验证方法的第二示意图。
其中，图1中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
100：系统模拟装置；110：比例阀；120：气体缓冲罐；130：循环泵；131：进气口；132：出气口；141：节流阀；142：排气口；143：针阀；144：流量计；145：开关阀；146：尾排阀；147：泄压阀；151：第一传感器；152：第二传感器；153：第三传感器；160：控制器；170：分离器；171：第一出口；172：第二出口；181：第一气路；182：第二气路；183：第三气路；184：第四气路；185：第五气路；186：第六气路；187：第七气路；200：储氢系统。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明的实施例进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本发明的实施例还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1至图4描述根据本发明一些实施例提供的系统模拟装置100、控制参数的验证方法和比例阀控制方法。
氢气子系统为燃料电池系统的一个分支，用于形成氢气路以提供氢气。
实施例一
如图1所示，本发明的一个实施例提供的系统模拟装置100，包括比例阀110、气体缓冲罐120、分离器170、循环泵130和节流阀141。其中，比例阀110是在普通压力阀、流量阀和方向阀的基础上，用比例电磁铁替代原有的控制部分，按输入的电气信号连续地、按比例地对油液的压力、流量或方向进行远距离控制。通常情况下，比例阀110具有压力补偿性能，输出压力和流量可以不受负载变化的影响。比例阀110通过第一气路181与储氢系统200连接，氢气可以经第一气路181由储氢系统200流向比例阀110。此处的储氢系统200可以理解为储氢装置，比如储气瓶等，当然，储氢系统200还可以包括各种控制阀。进一步地，比例阀110用于与控制器160电连接，控制器160能够控制比例阀110的开度。气体缓冲罐120通过第二气路182与比例阀110连接，气体缓冲罐120用于改变气体的流速。
进一步地，分离器170通过第三气路183与气体缓冲罐120连接，分离器170能够模拟燃料电池中气体和液体分离，以真实还原燃料电池系统，排除无关因素。分离器170用于与尾排阀146连接。根据所述系统模拟装置中尾排阀146开启周期计算出前馈补偿量。进一步地，循环泵130具有进气口131和出气口132。循环泵130的进气口131与分离器170连接，循环泵130的出气口132通过第四气路184与第二气路182连接。通过设置循环泵130，未经排气口142排出的氢气能够依次经过第四气路184和第二气路182，重新进入到气体缓冲罐120。进一步地，节流阀141设于第三气路183，节流阀141是通过改变节流面或节流长度以控制流体流量的阀门，此处对节流阀141进行调节，能够模拟燃料电池系统中的电堆压降。
氢气路主要是为燃料电池系统电堆阳极供给氢气，通过控制入堆氢气的压力与流量，以达到满足电堆功率输出需求的目的。如何对氢气子系统的控制参数进行模拟测试或者验证，一直是行业内重点关注的课题。
本申请限定的技术方案中，按照基本的氢气路架构，提供了一种系统模拟装置100，气体缓冲罐120模拟电堆氢气消耗，节流阀141模拟电堆压降，检测氢气路的控制方式能否稳定气体缓冲罐120前的气体压力。这种设计方式能在氢气路零部件不连电堆，进行燃料电池系统测试前，对比例阀110的控制参数进行模拟测试或验证，从而使比例阀110达到快速稳定与动态响应的目的。
在另一个实施例中，系统模拟装置100还包括排气口142和针阀143。具体地，排气口142通过第五气路185与气体缓冲罐120连接，流入到气体缓冲罐120的一部分气体能够依次经过第五气路185以及排气口142排出，通过排出一部分气体，模拟燃料电池系统中氢气的损耗。进一步地，针阀143设于第五气路185，针阀143是一种微调阀，其阀塞为针形，主要用作调节气流量。微调阀要求阀口开启逐渐变大，从关闭到开启至最大能够连续细微地调节。此处的针阀143用于改变排气流量。
实施例二
如图1所示，系统模拟装置100还包括第一传感器151、第二传感器152和第三传感器153。其中，第一传感器151设于第一气路181，氢气子系统设定好初始压力，通过第一传感器151对系统压力进行监测，使其满足比例阀110前端的压力需求。进一步地，第二传感器152设于第二气路182，第四气路184与第二气路182的连接位置处于第二传感器152与比例阀110之间。由储氢系统200进入到第二气路182的氢气，以及通过气体循环泵进入第二气路182的氢气，先经过第二传感器152，之后再进入到气体缓冲罐120。第二传感器152用于监测氢气排出前的气体压力，即监测系统氢气消耗前的压力。进一步地，第三传感器153设于第三气路183，第三传感器153位于节流阀141与循环泵130之间，第三传感器153用于监测氢气排出后的气体压力，即监测系统氢气消耗后的压力。
通过第二传感器152得到第二压力值，通过第三传感器153得到第三压力值，控制通过改变针阀143的开度，能够对第二压力值与第三压力值的差值进行调节，将压差控制在合理范围内，从而更接近燃料电池系统中氢气的损耗情况。
实施例三
如图1所示，系统模拟装置100还包括控制器160。具体地，控制器160与比例阀110电连接，控制器160能够控制比例阀110的开度。控制器160与第一传感器151电连接，第一传感器151能够将第一压力信息以第一电信号的形式发送至控制器160；控制器160与第二传感器152电连接，第二传感器152能够将第二压力信息以第二电信号的形式发送至控制器160；控制器160与第三传感器153电连接，第三传感器153能够将第三压力信息以第三电信号的形式发送至控制器160。
进一步地，控制器160的输出量为u(t)，比例阀110的理论开度与比例阀110的实际开度的误差值为e(t)，输出量u(t)与误差值e(t)之间的计算公式为u(t)＝KPe(t)+Ki∫e(t)dt。其中KP与Ki为控制参数，具体地，KP为比例参数，Ki为积分参数，属于控制器160中的标定量。
实施例四
如图1所示，系统模拟装置100还包括流量计144。具体地，流量计144设于第五气路185，流量计144位于排气口142与针阀143之间。流量计144用于测定流量或某一时间段内流体的总量。通过设置流量计144，工作人员能够更加精确地对气体的排出量进行控制，有利于提高控制参数验证结果的准确性。
在另一个实施例中，系统模拟装置100还包括开关阀145。具体地，开关阀145设于第一气路181，且开关阀145位于第一传感器151与储氢系统200之间。开关阀145为起截止作用的开关。在试验开始前打开开关阀145，储氢系统200中的氢气能够通过第一气路181流向比例阀110。在试验结束后关闭开关阀145，此时储氢系统200中的氢气不再向比例阀110流动。
在另一个实施例中，系统模拟装置100还包括分离器170和第六气路186。具体地，分离器170设于第四气路184，分离器170具有第一出口171和第二出口172，分离器170的第一出口171与循环泵130的进气口131连接。第六气路186的一端与分离器170的第二出口172连接。分离器170用于将气体和液体分开，设置分离器170的目的在于能够尽可能地接近真实的燃料电池系统，有利于排出试验的无关因素。在燃料电池系统中，气体由第一出口171进入气体循环泵，液体通过第二出口172排出。
进一步地，系统模拟装置100还包括尾排阀146。具体地，尾排阀146设于第六气路186。尾排阀146用于控制第六气路186的打开或关闭，试验过程中尾排阀146在第一时间间隔内关闭，在第二时间间隔内打开。
进一步地，系统模拟装置100还包括第七气路187和泄压阀147。具体地，第七气路187的一端与第六气路186连接，第七气路187的另一端与第二气路182连接。泄压阀147设于第七气路187。泄压阀147能够根据系统的工作压力自动打开或关闭，设置泄压阀147的目的在于尽可能地接近真实的燃料电池系统，有利于排出试验的无关因素。
实施例五
如图3所示，本发明的一个实施例提供的控制参数的验证方法，用于上述任一实施例中的系统模拟装置，具体步骤包括：
步骤S302，开启系统模拟装置的开关阀和气体循环泵。试验开始，手动开启开关阀以及循环泵，储氢系统开始供氢；
步骤S304，系统模拟装置的第一传感器的压力值达到压力阈值，系统模拟装置的尾排阀关闭第一时间后打开第二时间。由第一传感器(P101)进行数据监控，直至比例阀前端压力符合初始压力要求。值得说明的是，第一时间为4.5s，第二时间为0.5s。尾排阀根据经验设定为关闭4.5s打开0.5s；
步骤S306，设定气体循环泵的转速，设定系统模拟装置的针阀以及节流阀的开度；
步骤S308，经过一定采样数据周期后，根据压力响应时间以及超调量判断控制参数是否符合要求。在试验进行中通过上位机手动改变控制参数(PI参数)查看第二传感器(P102)的第二压力值的变化，是否满足要求。
试验过程中，循环泵根据各功率点流量设定好转速，针阀根据流量计读数来手动控制开度，准确模拟各个电堆功率点氢气消耗量；节流阀根据实际电堆压降设定好开度，通过第三传感器(P103)的第三压力值与第二传感器(P102)的第二压力值的差值来调节。此时不仅对比例阀的控制参数的合理性进行了充分验证，也通过此方式成功找到了最适合系统的比例阀控制策略。
进一步地，压力响应时间为1s，超调量为2kPa。若在所有功率点下，数据不少于10个周期，压力响应时间小于1s，超调量小于2kPa，则此次设定的控制参数KP与Ki符合满足要求；若不满足要求，则重新设定控制参数KP与Ki，重复实验过程，直到满足响应与超调要求，试验结束。
实施例六
如图4所示，本发明的一个实施例提供的控制参数的验证方法，具体步骤如下：
步骤S402，连接好电源、控制器与上位机通讯接口，实时监控各种传感器数据；
步骤S404，开启开关阀、气体循环泵，开始供氢；
步骤S406，设定好第一传感器压力(即第一传感器的第一压力值)，尾排阀设定为关4.5s开0.5s，控制器控制比例阀开度；
步骤S408，通过上位机手动调节控制参数；
步骤S410，气体循环泵根据各功率点流量设定好转速，针阀手动控制开度，节流阀根据实际电堆压降设定好开度；
步骤S412，查看第二传感器的数据变化是否满足要求。具体地，数据周期≥10时，若压力响应时间小于1s，且超调量小于2kPa，则控制参数符合要求；若压力响应时间或超调量不符合要求，则需要重新通过上位机调节控制参数，并重复以上步骤。
实施例七
如图2所示，比例阀控制方法用于上述任一实施例中的系统模拟装置，具体步骤包括：
步骤S502，氢气理论入堆压力为a(t)，氢气实际入堆压力为系统模拟装置中第二气路的压力b(t)，比例阀开度参考PWM值为M，系统模拟装置中控制器的输出量为u(t)，氢气压力期望阈值为D，根据系统模拟装置中尾排阀开启周期计算出前馈补偿量为c(t)，比例阀开度为m(t)；
步骤S504，判断u(t)是否大于D。即判断控制器的输出量是否大于氢气压力期望阈值；
步骤S506，若是，则m(t)＝M+c(t)-M·b(t)/a(t)。具体地，若控制器的输出量大于氢气压力期望阈值，则比例阀开度m(t)＝M+c(t)-M·b(t)/a(t)；
步骤S508，若否，则判断u(t)是否小于-D。若控制器的输出量不大于氢气压力期望阈值，则进一步判断控制器的输出量是否小于氢气压力期望阈值的相反数(即-D)；
步骤S510，若是，则m(t)＝M+c(t)+M·b(t)/a(t)。若控制器的输出量不大于氢气压力期望阈值的前提下，控制器的输出量小于氢气压力期望阈值的相反数，则比例阀开度m(t)＝M+c(t)+M·b(t)/a(t)；
步骤S512，若否，则m(t)＝M+c(t)。若控制器的输出量不大于氢气压力期望阈值的前提下，控制器的输出量也不小于氢气压力期望阈值的相反数，则比例阀开度m(t)＝M+c(t)。
计算后得到各个时间点下的比例阀开度，通过开度的变化稳定氢气入堆压力，实现氢气压力的稳态控制与动态响应。
根据本发明的系统模拟装置、控制参数的验证方法和比例阀控制方法的实施例，按照基本的氢气路架构，提供了一种系统模拟装置，气体缓冲罐模拟电堆氢气消耗，节流阀模拟电堆压降，检测氢气路的控制方式能否稳定气体缓冲罐前的气体压力。这种设计方式能在氢气路零部件不连电堆，进行燃料电池系统测试前，对比例阀的控制参数进行模拟测试或验证，从而使比例阀达到快速稳定与动态响应的目的。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种系统模拟装置，其特征在于，包括：
比例阀(110)，所述比例阀(110)通过第一气路(181)与储氢系统(200)连接，所述比例阀(110)用于与控制器(160)电连接；
气体缓冲罐(120)，所述气体缓冲罐(120)通过第二气路(182)与所述比例阀(110)连接；
分离器(170)，所述分离器(170)通过第三气路(183)与所述气体缓冲罐(120)连接，所述分离器(170)用于与尾排阀(146)连接；
循环泵(130)，所述循环泵(130)具有进气口(131)和出气口(132)，所述进气口(131)与分离器(170)连接，所述出气口(132)通过第四气路(184)与所述第二气路(182)连接；节流阀(141)，设于所述第三气路(183)；
排气口(142)，所述排气口(142)通过第五气路(185)与所述气体缓冲罐(120)连接；
针阀(143)，设于所述第五气路(185)，所述针阀(143)用于改变排气流量；
其中，氢气理论入堆压力为a(t)，氢气实际入堆压力为所述系统模拟装置中所述第二气路的压力b(t)，所述比例阀开度参考PWM值为M，所述系统模拟装置中所述控制器的输出量为u(t)，氢气压力期望阈值为D，根据所述系统模拟装置中所述尾排阀开启周期计算出前馈补偿量为c(t)，所述比例阀开度为m(t)；
判断u(t)是否大于D；
若是，则m(t)＝M+c(t)-M·b(t)/a(t)；
若否，则判断u(t)是否小于-D；
若是，则m(t)＝M+c(t)+M·b(t)/a(t)；
若否，则m(t)＝M+c(t)。
2.根据权利要求1所述的系统模拟装置，其特征在于，还包括：
第一传感器(151)，设于所述第一气路(181)；
第二传感器(152)，设于所述第二气路(182)；
第三传感器(153)，设于所述第三气路(183)。
3.根据权利要求2所述的系统模拟装置，其特征在于，还包括：
控制器(160)，所述控制器(160)与所述比例阀(110)电连接，所述控制器(160)与所述第一传感器(151)电连接，所述控制器(160)与所述第二传感器(152)电连接，所述控制器(160)与所述第三传感器(153)电连接。
4.根据权利要求3所述的系统模拟装置，其特征在于，所述控制器(160)的输出量为u(t)，所述比例阀(110)的理论开度与所述比例阀(110)的实际开度的误差值为e(t)，u(t)＝KPe(t)+Ki∫e(t)dt。
5.根据权利要求1所述的系统模拟装置，其特征在于，还包括：
流量计(144)，设于所述第五气路(185)，所述流量计(144)位于所述排气口(142)与所述针阀(143)之间。
6.根据权利要求1所述的系统模拟装置，其特征在于，还包括：
开关阀(145)，设于所述第一气路(181)。
7.根据权利要求1所述的系统模拟装置，其特征在于，所述分离器(170)具有第一出口(171)和第二出口(172)，所述第一出口(171)与所述进气口(131)连接，
所述系统模拟装置(100)还包括：
第六气路(186)，所述第六气路(186)的一端与所述第二出口(172)连接。
8.根据权利要求7所述的系统模拟装置，其特征在于，还包括：
尾排阀(146)，设于所述第六气路(186)。
9.根据权利要求8所述的系统模拟装置，其特征在于，还包括：
第七气路(187)，所述第七气路(187)的一端与所述第六气路(186)连接，所述第七气路(187)的另一端与所述第二气路(182)连接；
泄压阀(147)，设于所述第七气路(187)。
10.一种控制参数的验证方法，用于如权利要求1至9中任一项所述的系统模拟装置，其特征在于，包括：
开启所述系统模拟装置的开关阀和循环泵；
所述系统模拟装置的尾排阀关闭第一时间后打开第二时间；
设定循环泵的转速，设定所述系统模拟装置的针阀以及节流阀的开度；
经过一定采样数据周期后，根据压力响应时间以及超调量判断控制参数是否符合要求。
11.根据权利要求10所述的控制参数的验证方法，其特征在于，所述采样数据周期不少于10次；和/或所述压力响应时间为1s；和/或所述超调量为2kPa。
12.一种比例阀控制方法，用于如权利要求1至9中任一项所述的系统模拟装置，其特征在于，包括：
氢气理论入堆压力为a(t)，氢气实际入堆压力为所述系统模拟装置中第二气路的压力b(t)，比例阀开度参考PWM值为M，所述系统模拟装置中控制器的输出量为u(t)，氢气压力期望阈值为D，根据所述系统模拟装置中尾排阀开启周期计算出前馈补偿量为c(t)，比例阀开度为m(t)；
判断u(t)是否大于D；
若是，则m(t)＝M+c(t)-M·b(t)/a(t)；
若否，则判断u(t)是否小于-D；
若是，则m(t)＝M+c(t)+M·b(t)/a(t)；
若否，则m(t)＝M+c(t)。
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