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Experimental Evaluation of Parameterized Nonlinear MPC Applied to PEM Fuel Cell

Engineering（科研） 2020年第2期12卷 99-116页

作者： Cédric Damour dominique grondin Michel Benne Brigitte grondin-Perez Jean-Pierre Chabriat LE²P-EnergyLab EA 4079 University of La Reunion Saint Denis France

This paper proposes a parameterized nonlinear model-based predictive control (NMPC) strategy to tackle the oxygen excess ratio regulation challenge of a proton exchange membrane fuel cell. In practice, the most challenging part regarding NMPC strategies remains the on-line implementation. In fact, NMPC strategies, at least in their basic form, involve heavy computation to solve the optimization problem. In this work, a specific parameterization of control actions has been designed to address this limitation and achieve on-line implementation. To assess the effectiveness and relevance of the proposed strategy, the controller has been implemented on-line, experimentally validated on a real fuel cell and compared to the built-in controller. Performance of the parameterized NMPC controller in terms of setpoint tracking accuracy, disturbances rejection and computational cost, have tested under several control scenarios. Experimental results have shown the excellent tracking capability, disturbances rejection ability and low computational cost of the NMPC controller, regardless of the operating conditions. Moreover, compared to the built-in controller the proposed strategy has demonstrated better disturbances rejection capability. Overall, the proposed parameterized NMPC controller appears as an excellent candidate to address the oxygen excess ratio regulation issue.

关键词： Control Application Parameterized Nonlinear Model Predictive Control Proton Exchange Membrane Fuel Cell

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