电动公交车燃料电池发动机实时嵌入式系统的研究

论文摘要

燃料电池作为一种节能环保的动力源，受到了国内外电动汽车领域的广泛重视。燃料电池发动机系统已成为燃料电池电动汽车设计研究与开发的主要内容。燃料电池发动机是燃料电池堆及其配套辅助系统的总称。其控制系统的性能决定了燃料电池是否能的长期稳定的运转。本论文以锌空燃料电池发动机为研究对象，采用了以ARM9为核心的S3C2410处理器作为控制器芯片，S3C2410开发板的配置使嵌入式Linux的移植成为可能，从而提高了控制系统的可靠性。本文对嵌入式Linux内核结构进行了分析，实现了Linux2．6内核的移植，根文件系统CRAMFS(compressed ROM file system)的移植，建立了嵌入式系统的开发环境。另外，本文的燃料电池发动机控制器采用CAN(Controller Area Network控制局域网)进行信息传递，因而对S3C2410开发板扩展了CAN接口，并且编写了CAN控制器在Linux系统下的驱动程序。锌空气燃料电池是一种高容量、可长时间使用、可机械性补给燃料的电池。由它构成的锌空燃料电池发动机是一个多输入、多输出、非线性的复杂控制对象，难以建立统一、精确的数学模型，本文将这种发动机分成多个子系统分别研究。其中对于空气供给系统、电解液液位控制系统、去钝化系统，本文采用模糊控制算法分别建立了模糊控制器，并用MATLAB的模糊控制工具箱和SIMULINK仿真工具对前两个子系统建立了仿真模型。在此基础上，本文对模型的控制性能作了初步研究，得到了比较满意的结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本课题的研究目的和主要工作
• 1.2.1 研究目的
• 1.2.2 主要工作
• 1.3 本文的内容和结构
• 2 燃料电池发动机控制系统的总体设计
• 2.1 硬件平台的选择
• 2.1.1 处理器的选择
• 2.1.2 其它主要硬件的选择
• 2.2 软件平台的选择
• 2.2.1 操作系统的选择
• 2.2.2 编程语言的选择
• 2.2.3 开发工具的选择
• 2.3 开发环境的建立
• 2.3.1 PC机、开发板、JTAG仿真器硬件连接
• 2.3.2 使用 Linux串口工具minicom建立主机和目标板的链接
• 2.3.3 交叉编译工具的安装
• 2.3.4 S3C2410下的烧录软件
• 2.4 燃料电池发动机控制系统的组成与原理
• 2.4.1 燃料电池的概念与分类
• 2.4.2 锌空气燃料电池的发展和工作原理
• 2.4.3 燃料电池发动机构成
• 2.5 燃料电池发动机软件模块划分与设计
• 3 Linux系统移植的研究
• 3.1 嵌入式 Linux内核的移植
• 3.1.1 内核和交叉编译环境准备
• 3.1.2 Boot Loader的移植
• 3.1.3 内核结构分析与移植
• 3.2 根文件系统的移植
• 3.3 设备驱动程序的移植
• 3.3.1 初始化加载和卸载部分
• 3.3.2 服务于I/O请求的 CAN设备基本入口点
• 3.3.3 中断服务子程序
• 3.3.4 关于SPI接口命令
• 4 燃料电池发动机系统中模糊控制器的设计
• 4.1 模糊控制的基本原理
• 4.2 模糊控制器设计的基本方法
• 4.2.1 确定模糊控制器的输入变量和输出变量
• 4.2.2 设计模糊控制器的控制规则
• 4.2.3 确立模糊化和非模糊化（又称清晰化）的方法
• 4.2.4 选择输入变量及输出变量的论域并确定模糊控制器的参数
• 4.2.5 编制模糊控制算法的应用程序
• 4.2.6 合理选择模糊控制算法的采样时间
• 4.3 空气供给量模糊控制
• 4.3.1 锌和空气消耗量的计算
• 4.3.2 空气供给量模糊控制器建立
• 4.4 电解液液位模糊控制
• 4.4.1 确定输入、输出变量的模糊词集和模糊论域
• 4.4.2 确定模糊变量的隶属度函数和赋值表
• 4.4.3 建立模糊控制器的控制规则
• 4.4.4 建立模糊控制器查询表
• 4.5 去钝化速度模糊控制
• 4.6 模糊控制系统软件设计
• 5 燃料电池控制系统的模型建立及 MATLAB仿真研究
• 5.1 数学模型的建立
• 5.2 仿真软件介绍
• 5.3 空气供给量变化仿真模型
• 5.3.1 空气供给量模糊控制器仿真
• 5.3.2 用 SIMULINK建立空气供给系统仿真模型
• 5.4 电解液液位变化仿真模型
• 5.4.1 电解液液位模糊控制器仿真
• 5.4.2 用SIMULINK建立电解液液位控制系统仿真模型
• 6 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢