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技術(shù)文章

燃料電池發(fā)動機智能測試平臺
成立100KW級智能型質(zhì)子互換燃料電池發(fā)動機測試平臺，為燃料電池發(fā)動機供給各類工況環(huán)境，采樣其各類首要參數(shù)，評價燃料電池發(fā)動機的動態(tài)特點，并且為燃料電池發(fā)動機匹配和節(jié)制供給一個完全的實驗環(huán)境。http://www.willpowersh.com/willpowersh_ChiClass_2874529_1.html
利用方案：
利用NI開辟套件的可視化界壓力變送器面 和其強大年夜的圖形措置功能成立燃料電池測試平臺的用戶接口;操縱NI軟硬件系統(tǒng)的高度集成性，在后臺直接完成數(shù)據(jù)匯集、通信、節(jié)制等功能;操縱NI開辟 套件的數(shù)據(jù)措置東西包完成數(shù)據(jù)在線闡發(fā)措置，測試完成后天生測試陳述;考慮到燃料電池測試的安然性，操縱NI開辟套件自帶的長途操縱的功能，為長途計較機 操縱供給了完全的接口方案，從而成立一個燃料電池智能化測試平臺。
先容：
本文成立了基于NI集成軟硬件環(huán)境燃料電池發(fā)動機測試平 臺。該平臺可以實現(xiàn)燃料電池發(fā)動機及其輔助系統(tǒng)的測試與節(jié)制、燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)參數(shù)測量、為燃料電池發(fā)動機供給多種工況環(huán)境，乃至系統(tǒng)節(jié)制策略的評價的 功能。操縱NI開辟套件成立了一個內(nèi)嵌專家系統(tǒng)的智能軟件平臺，不但確保了測試平臺的工作安然性，同時也能夠?qū)ο到y(tǒng)的潛伏故障進行診斷。別的，因為該測試 平臺的高速采樣，使得燃料電池發(fā)動機動態(tài)特點參數(shù)的**性獲得包管，本系統(tǒng)操縱這些參數(shù)主動天生包含燃料電池發(fā)動機動態(tài)模型的測試陳述。
正文
測試平臺功能要求
燃料電池發(fā)動機的本質(zhì)是一個電化學的反應堆，可以或許對外輸出電能，如圖1所示。燃料電池可分為4個部分：空氣系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)和燃料電池堆。



圖1燃料電池工作道理示意圖
對燃料電池進行測試主如果有三個目標，功率輸出特點，分歧工況工作規(guī)律，成立或驗證其數(shù)學模型或節(jié)制模型。按照測試目標，燃料電池測試平臺應具有節(jié)制、數(shù)據(jù)匯集、數(shù)據(jù)措置和天生報表的功能
基于上述的功能要求，本文成立了智能化的燃料電池發(fā)動機測試平臺。如圖2所示的系統(tǒng)的布局框圖。



圖2系統(tǒng)布局
遵循工作性質(zhì)全部平臺的可分為履行、測控和數(shù)據(jù)措置三個部分：
1，履行部分
該部分首???為了滿足系統(tǒng)功能的需要建設的各類制冷、加熱、加濕、水措置等大年夜型設備，由冷凍機、換熱器、蒸汽鍋爐、循環(huán)水泵、閥門等構(gòu)成。
2，測量與節(jié)制
該部分首要為了測量和節(jié)制平臺的特點參數(shù)和燃料電池的工作狀況。首要由數(shù)據(jù)匯集裝配、調(diào)度裝配、旌旗燈號調(diào)度放大年夜等部分構(gòu)成。
為了實現(xiàn)平臺的功能，需要測量的量總計86個，類型各有分歧，并且旌旗燈號類型浩繁，明顯快速、切確、靠得住的測量是一個繁瑣的工作。在參數(shù)測量的同時，系統(tǒng)需要完成節(jié)制功能，因為節(jié)制對象的復雜性，要達到杰出的節(jié)制結(jié)果一向都是燃料電池測試平臺開辟的難點。
3，數(shù)據(jù)措置
在測試的過程中，系統(tǒng)需要為用戶供給相干的瞬時測試信息;測試結(jié)束后，系統(tǒng)必須為用戶天生完全的測試陳述，以評價燃料電池發(fā)動機的機能。
因為系統(tǒng)中履行部分首要操縱化工產(chǎn)業(yè)和制冷手藝等方面的成熟的產(chǎn)品，該部分的內(nèi)容在本文中不屬于本文的重點，故本文首要就系統(tǒng)的測量、節(jié)制和數(shù)據(jù)措置方面的內(nèi)容進行先容。
為了實現(xiàn)平臺的功能，需要測量的量總計86個，類型各有分歧，并且旌旗燈號類型浩繁，明顯快速、切確、靠得住的測量是一個繁瑣的工作。在參數(shù)測量的同時，系統(tǒng)需要完成節(jié)制功能，因為節(jié)制對象的復雜性，要達到杰出的節(jié)制結(jié)果一向都是燃料電池測試平臺開辟的難點。
開辟環(huán)境選擇。
如測試平臺構(gòu)成部分所述，系統(tǒng)中傳感器旌旗燈號和節(jié)制旌旗燈號類型浩繁，同時對數(shù)據(jù)采樣速度要求很高，因此選用了NI公司的測試環(huán)境，之所以選擇該開辟環(huán)境主如果因為：
1.NI公司的硬件環(huán)境和軟件環(huán)境操縱精練，圖形化的編程界面及其優(yōu)良的圖形控件使得測試平臺的編程過程變得簡單，特別是其軟硬件系統(tǒng)的無縫連絡，極大年夜進步了編程效力與靠得住性;
2.數(shù)據(jù)測試系統(tǒng)建設便利，靠得住性高。數(shù)據(jù)匯集布局的開放性，使得數(shù)據(jù)匯集系統(tǒng)的利用只是簡單的外圍傳感器旌旗燈號建設，同時PXI總線的優(yōu)勝機能使得數(shù)據(jù)匯集的旌旗燈號多樣性、速度和精度要求高檔困難變得眇乎小哉;
3.功能強大年夜。NI開辟套件東西包建設齊備，使得測試平臺開辟中的節(jié)制算法的實現(xiàn)、數(shù)據(jù)的圖形顯示、數(shù)據(jù)匯集工作的實現(xiàn)、在線數(shù)據(jù)措置、測試陳述的天生和長途協(xié)作節(jié)制等變得只是東西包的調(diào)用和系統(tǒng)參數(shù)的建設。
測試平臺硬件系統(tǒng)構(gòu)建
本系統(tǒng)硬件采取了NI公司的DAQ系統(tǒng)來實現(xiàn)溫度、濕度、壓力和流量等數(shù)據(jù)的匯集;操縱摹擬量輸出單位來節(jié)制響應的調(diào)度設備;操縱繼電器輸出單位來節(jié)制 首要的開關(guān)器件;操縱RS485和GPIB通信端口和外設裝配進行通信;操縱工控機箱的RS232端口和PLC通信，節(jié)制次要的設備和讀取相干設備的故障 信息;如圖3所示系統(tǒng)的硬件布局。



圖3系統(tǒng)硬件布局
操縱以上的硬件可以便利的對測試平臺中的各類旌旗燈號進行測量，避免了硬件設計的沉重工作，特別是NI內(nèi)嵌式的DAQ系統(tǒng)供給了自由的硬件建設和測量數(shù) 據(jù)校訂的功能，大年夜大年夜簡化了系統(tǒng)的設計，給了用戶更多的自由空間，使得用戶可以將更多的精力投入到軟件設計的工作中。
測試平臺軟件設計
因為該平臺可以供給多種功能，要充分操縱其各類功能，為系統(tǒng)設計和理論闡發(fā)供給更多的幫忙，則首要依靠于軟件系統(tǒng)的開辟。
本系統(tǒng)操縱該開辟環(huán)境供給的多線程手藝，將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯集、數(shù)據(jù)措置、設備節(jié)制和用戶接口等四方面的工作并行的措置，經(jīng)由過程調(diào)用NI開辟套件的節(jié)制東 西包，為用戶供給了PID、恍惚等多種節(jié)制算法。并且經(jīng)由過程圖形顯示各相干參數(shù)的改變趨勢。利用NI公司的LabVIEW開辟平臺，很是便利的實現(xiàn)多線 程的法度架構(gòu)和杰出的用戶界面。系統(tǒng)的軟件功能首要包含：緊縮機測試、電堆機能測試、輔助系統(tǒng)匹配測試、汗青數(shù)據(jù)闡發(fā)、電堆機能仿真和輔助系統(tǒng)仿真等功 能。軟件系統(tǒng)中嵌入了專家系統(tǒng)，按照用戶履行分歧的操縱分派系統(tǒng)的任務，同時對測試過程中的相干成果進行了分類措置，供用戶備用。
在用戶界面中，系統(tǒng)供給了各履行部件的操縱按鈕和開關(guān)程度的設定，顯示各類測量參數(shù)的數(shù)值與圖形顯示。經(jīng)由過程用戶界面，用戶不但可以選擇測試平臺的分歧測試功能，同時可以自由選擇節(jié)制算法，調(diào)劑節(jié)制參數(shù)。如圖4所示。



圖4用戶界面
節(jié)制系統(tǒng)的功能是本系統(tǒng)最有特點的模塊，不但許可用戶對節(jié)制參數(shù)進行在線調(diào)劑，同時可以主動的對系統(tǒng)的模型進行在線辨識，對系統(tǒng)的工作狀況進行瞻望，在手動節(jié)制的前提下為用戶做出在線提示。
結(jié)論
燃料電池發(fā)動機是車載發(fā)動機的研發(fā)的重點。 PMP317本文連絡同濟大年夜學所承擔的國度863燃料電池轎車重大年夜專項的研發(fā)工作，利用了NI的軟硬件產(chǎn)品，成功 的成立了一個綜合測試環(huán)境下智能化的100KW級燃料電池測試平臺，不但可以實現(xiàn)對燃料電池發(fā)動機的電堆和各輔助部件進行測試，同時還可以對燃料電池發(fā)動 機的機能、節(jié)制算法等進行綜合評價，為燃料電池的研究供給了充分的撐持，同時也為其它類型燃料電池測試平臺的設計供給了一種精練、高效、相對低本錢的設計 編制。
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