As a kind of fuel cells, solid oxide fuel cell (SOFC) has been an important research area for researchers. However, SOFC gives a challenging control problem because of their operating constraints, complex nonlinearity, slow dynamics, and load disturbance. In this article, a new enhanced model-free discrete-time adaptive terminal sliding-mode control (EMF-ATSMC) is proposed for the SOFC system with input constraints, aiming to regulate the output voltage under the load disturbance. The referred EMF-ATSMC controller is composed of three components: the pseudo-partial-derivative (PPD) estimator, the discrete-time adaptive terminal sliding-mode control, and the anti-windup compensator. First, an enhanced compact form of dynamic linearization data-driven modelling method is used to simplify the SOFC plant considering the load perturbation, and then, the PPD estimator is designed. The discrete-time adaptive terminal sliding-mode control via anti-windup compensator is developed to improve the control performance and guarantee the controlled system stability, wherein the designed anti-windup compensator is employed to eliminate the magnitude and rate saturations of control input. Moreover, the closed-loop system’s stability with the proposed EMF-ATSMC controller is theoretically proved by using the Lyapunov method. Finally, simulation results are given to demonstrate that the proposed EMF-ATSMC controller has excellent dynamic performance and stronger robustness compared with other methods such as improved model-free adaptive constrained control (IMFACC), model-free adaptive control (MFAC), and PID controller.

作为一种燃料电池，固体氧化物燃料电池（SOFC）一直是研究人员的重要研究领域。然而，由于 SOFC 的操作约束、复杂的非线性、缓慢的动态和负载扰动，SOFC 提出了一个具有挑战性的控制问题。在本文中，针对具有输入约束的 SOFC 系统提出了一种新的增强型无模型离散时间自适应终端滑模控制 (EMF-ATSMC)，旨在在负载扰动下调节输出电压。所提到的 EMF-ATSMC 控制器由三个组件组成：伪偏微分 (PPD) 估计器、离散时间自适应终端滑模控制和抗饱和补偿器。首先，考虑负载扰动的情况下，使用一种增强的紧凑形式的动态线性化数据驱动建模方法来简化 SOFC 装置，然后，设计了 PPD 估计器。为了提高控制性能和保证受控系统的稳定性，开发了基于抗饱和补偿器的离散时间自适应终端滑模控制，其中设计的抗饱和补偿器用于消除控制输入的幅值和速率饱和。此外，闭环系统的稳定性与所提出的 EMF-ATSMC 控制器是通过使用李雅普诺夫方法理论上证明的。最后，仿真结果表明，与改进的无模型自适应约束控制 (IMFACC)、无模型自适应控制 (MFAC) 和 PID 等其他方法相比，所提出的 EMF-ATSMC 控制器具有优异的动态性能和更强的鲁棒性。控制器。为了提高控制性能和保证受控系统的稳定性，开发了基于抗饱和补偿器的离散时间自适应终端滑模控制，其中设计的抗饱和补偿器用于消除控制输入的幅值和速率饱和。此外，闭环系统的稳定性与所提出的 EMF-ATSMC 控制器是通过使用李雅普诺夫方法理论上证明的。最后，仿真结果表明，与改进的无模型自适应约束控制 (IMFACC)、无模型自适应控制 (MFAC) 和 PID 等其他方法相比，所提出的 EMF-ATSMC 控制器具有优异的动态性能和更强的鲁棒性。控制器。为了提高控制性能和保证受控系统的稳定性，开发了基于抗饱和补偿器的离散时间自适应终端滑模控制，其中设计的抗饱和补偿器用于消除控制输入的幅值和速率饱和。此外，闭环系统的稳定性与所提出的 EMF-ATSMC 控制器是通过使用李雅普诺夫方法理论上证明的。最后，仿真结果表明，与改进的无模型自适应约束控制 (IMFACC)、无模型自适应控制 (MFAC) 和 PID 等其他方法相比，所提出的 EMF-ATSMC 控制器具有优异的动态性能和更强的鲁棒性。控制器。使用 Lyapunov 方法从理论上证明了闭环系统的稳定性与所提出的 EMF-ATSMC 控制器。最后，仿真结果表明，与改进的无模型自适应约束控制 (IMFACC)、无模型自适应控制 (MFAC) 和 PID 等其他方法相比，所提出的 EMF-ATSMC 控制器具有优异的动态性能和更强的鲁棒性。控制器。使用 Lyapunov 方法从理论上证明了闭环系统的稳定性与所提出的 EMF-ATSMC 控制器。最后，仿真结果表明，与改进的无模型自适应约束控制 (IMFACC)、无模型自适应控制 (MFAC) 和 PID 等其他方法相比，所提出的 EMF-ATSMC 控制器具有优异的动态性能和更强的鲁棒性。控制器。