些半实物仿真系统为研制导弹飞机舰船等武器发挥了重大作用。世纪年代，我国开始研究虚拟现实分布式交互等先进仿真技术，使得半实物仿真技术为我国武器研制事业提供更完善更强大技术支持。燃料电池研究进展概况质子交换膜燃料电池至今有半个多世纪发展历史了，它具有结构简单启动速度快功率密度高和无腐蚀无污染等优点，是最早投入实际化使用燃料电池。尤其在最近二十多年，受到各大汽车企业特别青睐，使得研究技术飞速发展，被认为是最具有商业化潜质燃料电池。加拿大能源系统公司是国外研究开发领域中权威机构从年开始，公司陆续与众多著名汽车公司合作，前后开发研究了多种汽车。加拿大更是计划将发展成其支柱产业，斥巨资支持公司进行研究，如今公司产品代表了当今研究方向和最高水平，其技术已武汉理工大学硕士学位论文第章绪论在能源问题大爆发当今世界，氢燃料电池被认为是解决环境污染和能源短缺两个重大问题新绿色能源，具有长远发展前景。文章围绕基于燃料电池半实物仿真平台设计课题展开，本章为绪论，主要说明这个选题目及意义，并详细阐述了半实物仿真与质子交换膜燃料电池，简称发展历史和国内外相关研究现状，最后提出本文主要研究内容。选题目及意义人类文明发展很重要个主要动力是能源，它是人类得以生存物质基础，它是衡量国家经济实力重要指标。当今时代，能源生产与消耗正在逐渐破坏我们地球环境，包括大气水土壤受到污染，不可再生资源过度开发，全球变暖造成温室效应等等。传统含碳化石燃料蕴藏量是有限，容易开采和利用储量已经不多，对于剩余储量而言，开发难度变得越来越大，即将失去继续开采价值，所以传统燃料已经不能满足新能源体系提出安全高效经济清洁要求。如果再不改变能源消费结构，终有天能源危机就会爆发，所以开发环保能源工作刻不容缓。随着石油能源日益紧缺，人们生态环保意识日益增强，绿色能源技术正逐渐成为人类可持续发展战略核心。而燃料电池正是能源绿色革命产物，作为种新兴环保能源，替代传统能源最佳选择莫过于它。作为种新型化学能源，燃料电池发电是继火电水电与核电之后第四种发电方式，它集能源化工材料与自动化控制等新技术于体，具有高效与洁净特色。为了摆脱石油煤炭等石化燃料直接依赖，燃料电池技术研究与开发具有重要战略意义，受到越来越多世人瞩引昭。燃料电池是种将氢和氧化学能通过电化学反应直接转换成电能装置，它在反应过程中没有燃烧，且能量转化率不受卡诺循环限制，加上对余热二次利用，总效率可以达到，实际使用效率大约是内燃机倍。燃料电池反应生成物是水，及未燃尽有害物质排放量极低，若以纯氢作为燃料时，则能够实现真正零噪声无排放。同时燃武汉理工大学硕士学位论文料电池发电装置是由单电池叠加在起模块式结构，方面可根据用户需求增减发电容量，另方面也方便维修。目前已经被研究开发燃料电池种类有很多，最常见是按电解质划分为以下类是以作电解质碱性燃料电池，简称，二是以作电解质磷酸燃料电池，简称，三是以或作电解质熔融碳酸盐燃料电池，简称，四是以加作电解质固体氧化物燃料电池，简称五是以质子交换膜作电解质燃料电池，简称。本文中研究燃料电池属于最后种，它以质子作为传导离子，使用贵金属铂作为电催化剂，阴阳极均采用多孔状气体扩散电极。燃料电池技术研究和开发已进入个成熟阶段，许多国家都将大型燃料电池作为重点开发项目，纷纷取得重大成果。燃料电池发电是种高效洁净新型发电技术，人们对其将成为未来主要能源持肯定态度。氢能燃料电池正进入成为汽车动力能源研发阶段，但就目前来说由于技术不成熟，燃料电池汽车呈现暂时不稳定性和低效性，它存在不少问题阻碍了商业化进程。本文基于建立燃料电池半实物仿真平台，在半实物仿真中，将部分难以确立数学模型控制器和检测板等实物直接引入仿真回路，进步校准系统数学模型。构成半实物仿真，可以检验系统各设备功能和性能，将更加直接和有效。控制器能够直接连接该仿真平台进行调试，可以提高系统研制质量缩短研制周期和节省研制成本，有利于更好地研究影响燃料电池及其系统性能因素，为燃料电池研发工作创造更有利条件。国内外研究现状分析半实物仿真研究进展概况“半实物仿真准确含义是，即回路中含有硬件仿真，所以半实物仿真又叫硬件在回路仿真。二战结束以后，随着自动化武器研制迅猛发展，半实物仿真兴盛起来。半实物仿真技术为制导武器系统应用开发提供了良好研究平台，在半实物仿真环境下，以模型替代飞行实物，就能进行导弹系统全方面综合测试引。美国等几个主要研制导武汉理工大学硕士学位论文弹武器国家在上世纪年代初就非常重视控制系统领域半实物仿真技术研究，不断建造和扩充半实物仿真实验室。许多国家尤其重视半实物仿真技术在国防方面研究和应用，主要原因是半实物仿真技术为节省防御导弹等武器研制经费提供了种手段，因而半实物仿真在制导武器系统开发应用模拟方面取得了很大成就。当今时代，系列化飞行追踪仿真器高性能仿真计算机目标特性及背景仿真盛行，为图像目标仿真器研制奠定了深厚基础。在美国，承办导弹武器研制波音等公司拥有自己先进复杂仿真系统，甚至部队也建造了仿真导弹系统实验室，如著名陆军红石基地高级仿真实验室。根据美国研制三种型号导弹统计，半实物仿真技术为武器研制缩短了,实验周期，节约实弹数达。目前，半实物仿真技术更涉及航天应用领域，再掀股研究热潮。在与美国苏联等国家相比之下，我国半实物仿真技术研究起步较晚。我国自主研发第台三轴飞行追踪仿真器是在年，距今多年历史。世纪年代我国建造了大批半实物仿真实验室，建成了批高水平大规模半实物仿真系统，有射频制导仿真系统歼击机飞行模拟器及红外制导仿真系统等，这些半实物仿真系统为研制导弹飞机舰船等武器发挥了重大作用。世纪年代，我国开始研究虚拟现实分布式交互等先进仿真技术，使得半实物仿真技术为我国武器研制事业提供更完善更强大技术支持。燃料电池研究进展概况质子交换膜燃料电池至今有半个多世纪发展历史了，它具有结构简单启动速度快功率密度高和无腐蚀无污染等优点，是最早投入实际化使用燃料电池。尤其在最近二十多年，受到各大汽车企业特别青睐，使得研究技术飞速发展，被认为是最具有商业化潜质燃料电池。加拿大能源系统公司是国外研究开发领域中权威机构从年开始，公司陆续与众多著名汽车公司合作，前后开发研究了多种汽车。加拿大更是计划将发展成其支柱产业，斥巨资支持公司进行研究，如今公司产品代表了当今研究方向和最高水平，其技术已想值基本保持致，测试结果曲线和实际情况基本符合，说明本文半实物仿真平台可以很好地模拟电堆特性，所建模型和仿真结果是正确和有效，能够反映电堆性能动态变化情况。通过仿真结果数据，可以调整模型参数，有利于进步提高此半实物仿真平台模型精度。模型为设计和性能改善提供了个有效手段，可作为控制方法研究对象。武汉理工大学硕士学位论文全文工作总结第章总结与展望作为最具发展前景绿色发电装置，燃料电池无疑是当今社会新能源开发领域研究热点。现在，随着计算机辅助设计在现代工业设计各领域中广泛应用，产品设计效率得到有效提高，周期被大大缩短。但是，假如建模对象过于复杂，采用计算机纯仿真，往往不能获得令人满意准确仿真结果，所以本文提出了半实物仿真概念。半实物仿真作为系统仿真重要分支，既有纯计算机仿真高效性，同时还有实际测试准确性。半实物仿真系统建设最终目是开展仿真试验，本文搭建了燃料电池半实物仿真平台，将半实物仿真应用扩展到燃料电池研究领域。该半实物仿真系统是在环境中建立，为不具备燃料电池时仿真测试提供了解决途径。由于本课题是关于半实物仿真系统平台，因此对平台中涉及输入输出接口都要十分了解，所以本文对燃料电池半实物系统接口设计方法也做了较为详尽介绍。本文主要完成了以下研究工作阐述了质子交换膜燃料电池结构特点和工作原理给出了燃料电池各辅助系统，包括空气供给子系统氢气供给子系统及冷却水循环子系统结构设计结合着介绍半实物仿真特点和技术方法。基于质量守恒原理连续性方程理想气体状态方程以及些动力学规律，并结合测试数据建立了电压模型空气供给子系统模型氢气供给子系统模型和热管理子系统模型，由电堆模型及这些辅助子系统模型构成仿真回路中被控对象数学模型。介绍了串口通信技术三种方法，以及实时开发环境，最后本文采用是基于类串口通信方法，以及提出单机型实时通信方式为燃料电池模型与外部程序接口设计解决方案。给出了仿真环境，运用仿真软件建立系统模型，在与通信环境下，构成仿真回路，并对仿真结果进行分析。对系统中重要参数变化使得电堆工作产生影响进行分析，包括压力流量武汉理工大学硕士学位论文及温度变化影响燃料电池电堆发电输出电压情况分析等，给出了具有代表性仿真结果曲线图。本文燃料电池半实物仿真平台不同于以往采用先在计算机中进行算法设计，然后做成硬件装配于燃料电池上进行试验方法，而是使用控制器为实物，使用数学模型描述燃料电池，构造成半实物系统。这种方法缩短了开发周期，节约了设计成本，对燃料电池做出测试结果也较精确同时此平台可以不受硬件设备及环境等因素影响，方便使用者在实验室对燃料电池特性进行测试，特别是模拟些极限工况，提高控制器性能。展望燃料电池技术飞速发展，使人们看到了解决当前面临环保和能源这两大棘手难题希望。虽然燃料电池技术还存在许多发展中难题，大规模推广应用燃料电池之前需要解决许多难关，但是我们相信，燃料电池技术带给我们将会是翻天覆地变化，终有天我们能实现氢能经济与氢能社会。目前燃料电池主要发展方向为燃料电池移动电源和燃料电池电动车辆，无论在哪方面应用，燃料电池都应该向小型化发展。燃料电池发展还面临着降低关键材料成本提高氢生产及储运安全性可靠性以及提高电池功能寿命等，随着技术不断改革，这些难题都会取得突破性进展。在燃料电池建模方面，建立既符合燃料电池特性且相对简单半实物混合模型是今后建模重点研究方向。要保证高性能地长期稳定运行，就必须集机理建模和经验建模优点，根据多输入多输出与多过程自动控制理论来研究适合燃料电池控制算法，建立可靠硬件支持自动控制系统，这是今后控制研究发展方向。目前对研究控制主要体现在高性价比质子交换膜开发高性能低铂量电催化剂开发电池结构优化与电极结构优化水热管理基础性研究等几个方面。研究开发过程中，对于从理论基础上分析燃料电池内部传质传热及电化学反应过程，数学模型具有重要意义，同时为优化电极结构选择流场筛选操作条件提供了个合理指导。综上所述，数学模型是燃料电池系统模拟和优化核心。燃料电池发电系统建模与控制研究现在仍处于起步阶段，随着研究日渐深入，必能带动燃料电池技术发展，使氢能社会早日到来，早日实现燃料电池产业商业化。武汉理工大学硕士学位论文致谢毕业论文即将完成，三年研究生生涯也将要结束了借此机会，我要对三年来帮助过我人表示深深感谢首先，非常感谢我导师张立炎教授悉心指导与教育，本文从选题论证开题设计仿真到最后论文撰写都渗透着恩师心血，张老师以极大耐心和热情给我予指导，对论文不足方面提出意见和建议。并且，张老师在整个研究生三年学习生活中