Pour le choix des algorithmes de commande des systèmes de piles à combustible dans les véhicules à hydrogène, il est crucial de prendre en compte les exigences de commande et le niveau d'implémentation. Un bon algorithme de commande permet un contrôle précis du système, éliminant les erreurs en régime permanent et assurant une grande précision. Les chercheurs ont exploré divers algorithmes de commande pour les systèmes de piles à combustible, notamment la commande proportionnelle-intégrale, la commande par retour d'état, la commande prédictive segmentée à retour négatif, la commande non linéaire à action directe et la commande par régulateur linéaire quadratique, ainsi que la commande prédictive généralisée. Cependant, ces algorithmes ne sont pas adaptés aux véhicules à hydrogène en raison de la non-linéarité et de l'incertitude des paramètres du système. Ils présentent des limitations, en particulier face aux variations dynamiques de charge et aux fluctuations des paramètres, ce qui entraîne des performances en boucle fermée inacceptables.
Actuellement, l'algorithme de commande le plus adapté aux systèmes de piles à combustible est la commande floue. S'appuyant sur cette dernière, des chercheurs ont proposé un algorithme plus performant : la commande incrémentale floue à domaine variable. Cet algorithme conserve les avantages de la commande floue, tels que son indépendance vis-à-vis des modèles précis de l'objet contrôlé, sa simplicité structurelle, sa grande adaptabilité et sa robustesse. De plus, il résout les problèmes de faible précision en régime permanent et d'erreurs statiques pouvant survenir avec la commande floue. En utilisant des facteurs d'échelle pour étendre ou réduire le domaine flou, l'algorithme augmente indirectement le nombre de règles de commande, ce qui permet d'obtenir des erreurs en régime permanent nulles et une commande de haute précision. Par ailleurs, le système de commande incrémentale floue à domaine variable présente une réponse dynamique rapide sur une large plage d'erreurs, ce qui lui permet d'éviter les zones mortes de réglage pour de faibles écarts et d'améliorer ainsi ses performances dynamiques et statiques, ainsi que sa robustesse.
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Non-linéarité et incertitude des paramètres du système de pile à combustible
Bien que les véhicules à pile à combustible à hydrogène présentent des avantages tels qu'un faible niveau sonore, un rendement élevé, une bonne puissance et une grande autonomie grâce à l'hydrogène gazeux comme source d'énergie, de nombreux processus de transport internes se déroulent simultanément au sein de la pile, notamment les transferts de chaleur et de charge, l'émission de produits et l'alimentation en gaz de réaction. De ce fait, des facteurs tels que la température, l'humidité, le débit d'air et le courant sont répartis de manière inégale le long du champ d'écoulement des réactifs. Ceci introduit une non-linéarité et une incertitude dans le système de pile à combustible, et si ces facteurs ne sont pas correctement maîtrisés, ils peuvent avoir des effets néfastes sur les performances et l'état de la pile.
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Avantages de la commande incrémentale floue à domaine variable
La commande incrémentale floue à domaine variable est une optimisation basée sur la commande floue. Elle conserve les avantages de cette dernière, tels que l'indépendance vis-à-vis des modèles précis de l'objet contrôlé, la simplicité de sa structure, sa grande adaptabilité et sa robustesse, tout en palliant les problèmes potentiels de faible précision en régime permanent et d'erreurs statiques inhérents à la commande floue. L'utilisation de facteurs d'échelle pour étendre ou réduire le domaine flou permet d'accroître indirectement le nombre de règles de commande, garantissant ainsi des erreurs statiques nulles et une commande de haute précision. De plus, la vitesse de réponse dynamique du système de commande incrémentale floue à domaine variable est rapide sur une large plage d'erreurs, ce qui permet d'éviter les zones mortes de réglage pour de faibles écarts et d'améliorer encore les performances dynamiques et statiques, ainsi que la robustesse du système.
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Date de publication : 11 octobre 2023
