T E L KO M NIK A , V ol . 1 7 No. 5 O c tob er   201 9 , p p. 2 61 7 ~ 262 4   IS S N: 1 69 3 - 6 93 0 accr ed ited   F irst  Gr ad e b y K em en r istekdikti,  Decr ee  No: 2 1/E/ K P T /20 18   DOI:   10.12928/TE LK OM N IK A .v 1 7 i 5 . 12817      26 17       Rec ei v ed   O c tob er  20 20 1 8 ; Rev i s ed   M arc 13 20 1 9 A c c ep ted   A pril  16 ,  20 1 9   Per fo rma nce c o mp aris on   of  PE MFC h y d ro gen  r efo rm er  w i th  dif fere nt  c on tr ollers       No r   A ir a Zamb r i* 1 , Norhaf iz  Bin Sa l im 2 , Fa r idah   Ha n im M o h d  No h 3 , S im  S y  Y i 4   1 ,3 ,4 Fa c u l ty  o En g i n e e ri n g  T e c h n o l o g y Uni v e rs i ti  T u n  Hu s s e i n  Onn  M a l a y s i a  Ka m p u s  Pa g o h   Hab  Pe n d i d i k a n  T i n g g i  P a g o h ,   km   1 Pa n c h o r   St. 8 4 6 0 0  Pa n c h o r,  J o h o r M a l a y s i a     2 Fa c u l ty  o E l e c tr i c a l  En g i n e e ri n g Uni v e r s i ti  T e k n i k a l  M a l a y s i a  M e l a k a   Han g  T u a h   J a y a   St. 7 6 1 0 0  D u ri a n  T u n g g a l  M e l a k a M a l a y s i a     *C o rre s p o n d i n g  a u th o r,   e - m a i l a i ra @ut h m . e d u . m y       Ab strac t     Th e   r e n e wa b l e   e n e rg y   te c h n o l o g y   h a s   b e c o m e   v e r y   p o p u l a r   d u e   t o   m a j o c o n s tr a i n i n     th e   e x i s t i n g   e l e c tri c a l   s y s te m   s u c h   a s   h i g h   e l e c tri c i t y   d e m a n d i n c re a s e d   i n   f u e l   p ri c e s   a n d   c o n c e rn   o f   e n v i r o n m e n t a l   p o l l u ti o n Th e   a i m s   o th i s   p r o j e c a r e   to   d e v e l o p   a   c o m p l e t e   Pro to n   Ex c h a n g e   M e m b ra n e   Fu e l   Ce l l   (PEM FC)  m o d e l   wit h   h y d ro g e n   re fo rm e b y   u s i n g   M ATL AB/Si m u l i n k   wit h   th re e   d i ff e re n t   c o n tr o l l e rs   a n d   c o m p a ri s o n   b e twe e n   th e   th re e   c o n tro l l e r s   wil l   b e   d i s c u s s e d Th i s   p ro j e c p re s e n t s     th e   d e v e l o p m e n o m e th o d s   t o   s o l v e   t h e   p ro b l e m   o f   PEM F o u tp u v o l ta g e   b y   u s i n g   d i ff e re n t   c o n tro l l e r s   whi c h   a re   Pr o p o rti o n a l   I n te g r a l   (PI),   Pro p o r ti o n a l   In t e g ra l   Der i v a ti v e s   (PID)   a n d   Pro p o rt i o n a l   In te g ra l   Fu z z y   (PI - Fu z z y c o n tro l l e rs .   Th e   Zi e g l e Ni c h o l a s   tu n i n g   m e t h o d   i s   u s e d   to   t u n e   PI   a n d   P ID  g a i n s   i n   a   Si m u l i n k   m o d e l .   It   h e l p s   th e   s y s te m   t o   a c h i e v e   a   b a l a n c e   b e tw e e n   p e rfo rm a n c e   a n d   ro b u s tn e s s   f o b o th   c o n tro l l e r s .   Th e  M a m d a n i  t y p e  wa s  u s e d  t o  d e v e l o p  t h e   fu z z y  c o n tro l l e r i n  Si m u l i n k  m o d e l Th e  t ra n s i e n p e rf o rm a n c e s   th a wil l   b e   d i s c u s s e d   a re   ri s e   ti m e s e tt l i n g   ti m e m a x i m u m   o v e rs h o o t,   a n d   p e rc e n ta g e   o o v e rs h o o t   Th e  re s u l ts   s h o w t h a t h e  p r o p o s e d  PI - Fu z z y  i s  b e tt e r t h a n  t h e  c o n v e n ti o n a l l y   u s e d  PI  a n d   PID c o n tr o l l e rs .       Key w ords c o n tro l l e r fu e l  c e l l fu z z y PE M FC,  re fo rm e r       Copy righ ©  2 0 1 9   Uni v e rsi t a s  Ahm a D a hl a n.  All  rig ht s  r e s e rve d .       1.  Int r o d u ctio n   Rene wab l en erg y   pl a y s   a i m po r tan r o l es   i r ed uc i ng   e nv i r on m en tal   prob l em s   s uc h   as   po l l ut i o ns gree nh o us ga s   em i s s i on s   an al s de c r ea s i ng   t he   c on s um pti o ns   of   f os s i l   f ue l s .   F ue l   c el l   ( F C)   i s   an   ex am pl of   r e ne w a bl en erg y   tec h no l og y   f or  p o w er   ge ne r at i o th at   prom i s c l ea an s us tai na b l e   pr od uc ti on s   of   e l ec tr i c a l   en erg y F ue l   c el l   g en erates   el ec tr i c i t y   b y   c on v ert i n c he m i c al   en erg y   s tored   i ns i de   the   c e l l   d i r ec tl y   i nto   el ec tr i c al   e ne r g y F u el   c el l s   el i m i na t po l l uti on   c au s e b y   b urni ng   f os s i l   f ue l s   be c au s th en pro du c ts   are   on l y   e l ec tr i c i t y   an w a ter.  If   the   h y dr og en   us ed   as   i np uts   c om es   f r o m   the   el ec tr o l y s i s   of   wate r ,   the b y   us i ng   f ue l   c el l s   as   el ec tr i c i t y   s o urc c an   el i m i na tes   gre e nh ou s e   g as es S i nc e   h y d r og en   c an   be   produc e a n y wh ere   w he r e   the r e   i s   wate r   an d   el ec tr i c i t y prod uc ti o of   p ote n ti a l   f ue l   c an   be   di s tr i b ute d.  Ins t al l at i on   of   s m al l er  s ta ti o na r y   f ue l   c el l s   l ea ds   to  m ore  s tab i l i z ed   an d   de c en tr a l i z e p o w er  gr i d.  F ue l   c e l l s   ha v a   hi gh er  e ff i c i en c y   t ha n   di es el   or  g a s   en gi ne s   a nd   m o s f ue l   c el l s   op erate   s i l en tl y   wi t n m ov i n p art s   [1] c om pa r ed   t i nte r n al   c om bu s ti on   en g i ne s T he r are  t y p e s   of   f ue l   c el l s   i de v e l op m en t,  w h i c are  P ho s p ho r i c   A c i F u el   Ce l l   ( P A F C) P r ot on   E x c ha n ge   Me m brane  F ue l   Cel l   ( P E M F C) Mo l te C arbon ate   F u el   C el l   ( MCFC )   an S o l i d   O x i de   F ue l   Ce l l   ( S O F C)   [2] H o w e v er,  P E M F i s   on of   the   m os prom i s i ng   F wi th   l o w   op er ati on   t em pe r atu r e.   T he   H y dr og e g as es   ( H 2 )   an d   ox y g e f r om   ai r   are  ne ed ed   as   a n   i np ut  t P E MF C.  T he   h y dr og en   g as   c an   be   prod uc e f r o m   the   na tur al   ga s   s uc as   m eth an ol   an d   eth an o l   us i n r ef orm er   [3]   an al s o   f r o m   the   el ec tr ol y s i s   proc es s In  r ef or m er,   c o ntro l l er   i s   ne ed ed   t c on tr o l   th h y droge an al s the   ox y ge g as es   f l o w   r ate s   b e f ore  en teri n   the   P E MFC  s t ac k P E MFC   ou t pu t   v ol t ag e   i s   us ua l l y   t ak es   s ev eral   pe r i od s   of   ti m to  r ea c a     s tea d y - s ta te  l e v el   [4]   du e   to  th i nte r n al   r e ac ti o i ns i de   P E MFC  an al s d ue   to  s l ug gi s h   pe r f or m an c e i n h y dro ge n ref or m er .   A   pr op er   c on tr o l   i n   r ef orm er  w i l l   m i ni m i z e   th t i m tak en   f or  t he   v ol t ag e   t r ea c h     the   s t ea d y - s tat e   c on di t i on .   B ec a us of   tha t t he   P I,   P ID  an d   P I - F u z z y   c o ntrol l er  are   us ed   to  c ou nte r   th prob l em s Howev er,  the   c on tr ol l er’s   l i m i tat i on   ne e ds   to  be   c o ns i de r ed F or  P Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   1 7 ,  No 5 O c tob er   20 19 :   261 7 - 26 2 4   2618   c on tr ol l er,  t he   s p ee of   r es po ns wi l l   no i nc r ea s e   an un ab l t pre di c t he   err or  i f utu r e   [5] Res ea r c i n  [6 ,   7]  s ho w t ha t b y   i m pl em en ti ng  P I  c on tr o l l er  f or P E MFC  r ef orm er, i wi l l  r es u l te i s l o w   r es p on s of   the   ou t pu v o l ta ge .   F or  P ID  c o nt r ol l er,   w h en   us ed   a l on e,  c an   g i v p oo r   pe r f or m an c an th P I l oo ga i ns   m us be   r ed uc ed   s tha the   c o ntro l   s y s tem   do es   no t   ov ers ho ot,   os c i l l a te  or  hu nt   ab ou t   th c o ntrol   s et   po i n t   v al u [8] .   In   [ 9],   op t i m al   P I c on tr o l l er  i s   us ed   i c on tr ol l i ng   th f u el   f l ow s   f or  P E MFC,  h o w e v e r the   s l o w   r es po ns at  e v er y   c ha n ge s   of  l oa c urr en s ti l l   be   th m ai probl em   at   the   h y drog en   an ox y g en   pres s ures   i ns i d the   f ue l   c el l Due  to  tha t   r ea s on ,   r es ea r c he r s   i n   [1 0,   11 ]   de v e l o r ef orm er  c on tr ol l e b y   f u z z y   c on tr o l l er.  Ho w e v er,  r es ul ts   s ho w   tha t   the   F s y s tem   ta k es   l i ttl bi of   ti m to  r ea c l oa de m an l e v el   an th i s   de l a y   i n   l o ad   f ol l o wi ng   i s   m ai nl y   c au s ed   b y   the   r ef orm er  du to  g as   proc es s i ng   r es po ns e   i ns i de   t he   r ef orm er .   T he   s l o w   r es po ns probl em   c an   be   s ol v ed   b y   i m pl em en ti ng   i nte l l i g en c o ntro l l er  whi c h   i s   the   P I - F u z z y   c on tr ol l er  t o   au tom ati c al l y   f i ne - t un the   pa r am ete r s   of  c on v en t i o na l   P c on tr o l l e r P I - F u z z y   c on tr ol l er  c an   i m prov the   V - pe r f orm an c e,  m ai nta i c on s tan ou t pu v o l ta ge   an err or  b ec om s m a l l   i n   or de r   to   a v oi t he   di f f i c ul t y   c au s ed   b y   th at  a   l arge  nu m be r   of   v aria b l es   af f ec the   pe r f or m an c of   t he   P E MFC  s y s t em   [12 ].  T hi s   proj ec w i l l   c o m pa r thre di f f erent  t y pe s   of   c o ntrol l ers   us ed   i n   r ef or m er  w h i c are  t he   P I,   P I an d   a l s   PI - F u z z y   i n o r d e r  to   ge t t he  be s t o utp u t v ol t ag e  pe r f orm an c es  o f  th e P E MFC .       2.      R es e ar ch  M eth o d o lo g y   2.1.  P r o t o n  E xc h ang e M e mb r ane Fu e l Cel l (P E M F C )   M o d ell ing     T he   l os s es   i the   f ue l   c el l s   are  i de nti f i e wi t the   i nf l ue nc o utp u po wer In  the   ev en t   tha m ore  pres e nt  i s   dra wn   f r o m   c el l t he   l os s es   wi l l   i nc r em en t.  T he   ge nu i ne   ou tpu v o l t ag e   of   an   en erg y   c om po ne nt   i s   d ec r ea s ed   b y   d i f f erent  o v er   v ol t ag e   l os s es to   b s p e c i f i c na m el y ac ti v ati on   l os s es   d ue   t r ea c ti on   k i ne ti c s   ( V a ct ) o hm i c   l os s es   f r o m   i on i c   a nd   e l ec tr on i c   r es i s tan c ( V oh m )   a nd   c on c en tr at i on   l os s es   du e   to   m as s   tr an s po r ( V c on ) T he   o ut pu v o l ta ge   of   a   c el l  c a n b e  c ha r ac teri z e d a s  [4 ,   13 ] :     V fuelcell   =   V nernst     V act     V oh m     V con               ( 1)        t he  o utp ut   c el l   v o l tag e i s   gi v en  b y  [3 ]     V out =N 0 (E - V act - V C - V oh m                 ( 2)      where,   th V out   i s   the   o utp u f ue l   c el l   v o l ta ge ,   E   i s   th Ner ns e qu a ti o n,   V act   i s   th ac ti v ati on   l os s Vc   i s   the   v ol t ag ac r os s   ( do ub l e - l a y er  c ha r ge   ef f ec t) V ohm   i s   the   o hm   l os s   an d   N 0   i s     the  n um be r  of  c el l s . T he  c orr es po nd i ng  N erns t g i v en   b y   [8] :     = ( 1 . 229 + 0 . 0085 ( 298 . 15 ) + 4 . 31 × 1 0 5 [ 2 2 2 ] )         ( 3)     where,  P H2   i s   the   pa r t i al   pr es s ure  of   h y dro ge n P O2   i s   the   p arti a l   pres s ure  of   ox y g en   an P H2O   is  the   pa r t i al   pres s ure   of   w at er.  T he   f ue l   c el l s   o utp ut  v ol ta ge   i s   r e du c e b y   v ario us   o v er  v o l ta ge   l os s es na m el y ac ti v at i on   l os s es   du t r ea c t i on   k i n eti c s   ( V act ) o hm i c   l os s es   fr om   i on i c   an el ec tr on i c   r es i s ta n c ( V o hm )   an c o nc en tr a ti o l os s es   du t m as s   tr a ns po r ( V con c ) .     T he   c on c en tr at i o l os s   i s   n ot  c on s i de r e be c au s e   th eq u i v al e nt  c on c en tr a ti on   r e s i s tan c e,  R conc   i s  i nc l ud e d i n t h Vc   eq u ati on  as  s ho i n (4)   [6] :     =  (  +  )                   ( 4)        t he  c on c e ntrat i on  r es i s tan c e c an  b e e x p l a i n a s   ( 5)   [ 6]:      =    ( 1  )               ( 5)      where  F   i s   the   F arad a y   c on s tan ( 9 64 8 7C) i s   the   un i v ers al   c on s ta nt  f or  g as   ( 8.3 14   J / K m ol ) T   i s   the   th op erat i on al   t em pe r atu r ( 3 43 . 15 K ) ,   z   i s   the   nu m be r   of   pa r ti c i p ati ng   el ec tr on s   a nd     el ec tr o ns   are  de v el op e f r o m   the   h y dr og e r ea c ti on   at  th an od i th i s   r ea c ti on C   r ep r es en ts   t he   c ap ac i tan c e   of   do ub l l a y er   c ha r ge   ef f ec w i th   the   v al ue   of   4. 8F.  T he   ac ti v at i on   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A     IS S N: 1 69 3 - 6 93 0       P erfor m an c e c o mp ar i s on   o f P E MFC  h y droge n refor me r  wi th  di ff erent ...  ( Nor   A i r a  Zambri )   2619   l os s   i s   brough ab o ut  b y   the   grad ua l ne s s   of   the   r es po ns es   oc c urr i ng   on   t he   s urf ac es   o   the  a no d es  an d c an   be  c o m m un i c ate d b y  [ 6],        = + ( 298 )                     ( 6)      where,   η o   i s   the   em pi r i c al   c o ns tan t   wi th   0. 41 9 7V   an ɑ  i s   th em pi r i c al   c on s tan ts   wi t h     - 0 .13 7 3   ( V / K ) T he   oh m i c   l os s   i s   the   v ol t ag drop  be c au s of   the   i m pe r v i ou s n es s   to  the   s tr ea m   of   el ec tr on s   thro ug c at h od es   f urtherm ore  the   i m p erv i ou s ne s s   to  t he   pro ton   m ov thr o ug h   el ec tr o l y t es . T he  Lo s s es  of  th e f ue l  c el l  are c o ns i s ten t i n t h i s  area  an d  c an  b e d ep i c ted  b y  [9 ]:     =                     ( 7)      R oh m   i s   t he   eq u i v al en oh m i c   r es i s tan c m ea s ured  i Ω cm 2   [14 an as   f un c ti on   of   c urr en an d   the  t em pe r atu r e e x pres s i n g  b y  [ 6] :     = 0 . 01605 3 . 5 × 1 0 5 + 8 × 1 0 5                  ( 8)     F ue l   c e l l s   ne ed   ox y g en   a n h y dr og e n   ga s es   to  c r ea t el ec tr i c i t y O x y g en   n ee d ed   f or   f ue l   c el l s   ac q ui r e f r om   the   a i r whi c h   are   en tered   to   the   c ath od e H y dro ge n   g a s   i s   n ot  r e ad i l y   av a i l ab l be c a us i ne e ds   to   be   proc es s ed   pri or  t ob ta i n   pu r e   h y dro ge n   g as Ho wev er,  t hi s   probl em   c an   be   s ol v ed   b y   u s i ng   a   de v i c e   c al l ed   a   h y dr og e r ef or m er  un i t.  Unf ortuna te l y   the   ef f i c i en c y   of   f ue l   c el l s   wi l l   al s be   r ed uc e w he n   c on ne c ted   t hi gh   l oa d.  T he   h y drog en   r ef or m er  un i m od el   [6,   9]  i s   bu i l an s ho w i F i g ure  tog e the r   w i th   the   P E M F m od el   b y   c on s um i ng   ( 1) - ( 8)  b y   us i n MA T LA B /S i m ul i nk   s of tw are.   F i g ure  s ho w s   tha t   r ef or m er   w i l l   c on v ert  f ue l   w hi c i s   m eth an d i r ec tl y   i nto   h y dr og e an b y   pro du c ga s es .   T he   c on tr ol l ers   of  P I,  P I an P I - F u z z y   are  u s ed   to  c on tr ol   t he   f l o w   r ate   of   m eth an i th h y d r og e r ef or m er  un i t   wi th  a pp r op r i ate  c on tr ol l er  i nc l ud i ng  pr op ort i on al  g ai n  ( K p ) i nt eg r a l   ga i n ( K i ) an d  d i f f erenti al  g ai n   ( K d ) F r om   F i gu r 1,  i c a be   s ee tha the   ou t pu ts   of   the   r ef orm er  are  h y droge n   f l ow   r a te  a nd   al s o t he  ox y ge n f l o w  r a te  t h at  w i l l  be  f ed   i n t o f ue l  c e l l  m od e l .           F i gu r 1.  H y dro ge n  r ef or m er m od el l i ng  us i ng  M A T LA B / s i m ul ati on  s of t w are  [ 6,   9]       2 . 2.   Z i egler  Nicho l s T u n ing   M eth o d   Z i eg l er  Ni c ho l s   i s   o ne   of   t he   s i m pl es tun i n m eth od s   f or  P I   an P ID   c on tr o l l er   w h i c prom i s go od   r es ul ts   wi th   s i m pl tec hn i q ue s T he   pu r po s of   thi s   m eth od   i s   to  c al c ul a te     the   v al ue   of   K p K i   a nd   K d   t ac hi e v t he   be s c on tr ol   pe r f or m an c es   [15 - 17 ].  Z i e g l er  an N i c ho l s   de r i v ed   th c on tr o l   pa r am ete r s   ba s ed   on   F i g ure  a nd   f r o m   the   f i gu r e,  the   pa r am ete r s   of   L   a nd   T   are ob tai ne d  f r o m  th e res po ns e c ur v of  h y dro ge n  r e f or m er i n o pe n  l o op  s y s t em s           F i gu r 2.  R es po ns e c ur v e f or  z i eg l er - ni c h ol s  m eth od   [ 15 ,   1 7,   1 8]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   1 7 ,  No 5 O c tob er   20 19 :   261 7 - 26 2 4   2620   T he  c al c ul at i o n o f   K I   and  K D   c an  be  de s c r i b ed   b y  [ 15 ] :     = /                         ( 9)     = ×                         ( 10 )     where,  th v al u of   K P T i   and  T d   are  o bta i ne d   s ho wn  i T ab l 1   a nd   th c al c u l ate v a l u es   of  pa r am ete r s   f or  K p K i   an K d   f or  P an P ID  c on tr o l l e r s   f or  thi s   proj ec are  tab u l ate s ho wn  i T ab l e 2 .       T ab l e 1 . Z i eg l er - Ni c h ol s  T un i n   F i r s t M eth od     K P   T i   T d   P   T/ L   0   0   PI   0 . 9   T / L   L / 0 . 3   0   PID   1 . 2   T / L   2L   0 . 5 L     T ab l e 2 .   V a l ue s   of  P aram ete r s  f or Kp , K i  a nd   K d f or  P I a nd   P ID C on tr o l l ers   C o n t r o ll e r   t y p e s   K P   K I   K D   PI   9 - 10   0 . 6 - 0 . 8   -   PID   8 - 10   0 . 7 - 0 . 8   4 - 5         2. 3.  P I - F u z z y   Co n t r o lle r   PI - F u z z y   c o ntrol l er  i s   es s e nti a l l y   r u l e   ba s e c o ntrol l er  whos i n pu t   i s   ob ta i n e f r o m   the   f ee db ac k   l oo [ 19 ]   a n i h as   t he   ad v a nta g es   o f   c on v en ti o na l   P I   c on tr o l l e r   [20 ].   F or   P c on tr ol l er,  t he   c o ntrol   pe r f o r m an c de p en ds   o t he   P I   ga i ns   s en s i t i v i t y   bu i c as o f   P I - F u z z y   c on tr ol l er,  i op erates   i nd ep en de n tl y   w i th  e ac oth er  i c o ntrol   s y s t em I F u z z y   Lo gi c   Cont r o l l er  m od el l i ng f u z z i f i c ati o n,  m e m be r s hi f un c ti on ,   r ul b as e,  f u z z y   i nf erenc an de f u z z i f i c ati on   proc es s es   a r i m po r tan ts   [21 ,   2 2].   T he   m od el l i n o f   P I - F u z z y   c on tr ol l er  i s   s ho wn  i F i gu r 3   t r ep l ac t he   c on v en ti o na l   P an P ID  c on tr o l l ers   where  t h ap pro pria te  m e m be r s hi f un c ti o ns   are  c ho s en   to   c ov er  the   w ho l un i v ers of   di s c ou r s e.   Nex t the   al go r i t hm   i s   i m pl em en ted   i n   M A T LA B   wi th   th us of   three   M em be r   f uz z y   i nf erenc s y s tem   w h i c ar e   Ma m da ni - t y p e   w i t t wo  i n p uts   an on e   ou tpu t   p aram ete r T he   f u z z y   l og i c   b as ed   c on tr ol l er  i np ut   s i gn a l s  are  the  err or an a l s c ha ng e o f  err or. T he s e s i gn al s  are  c on tr o l   b y   l i ng ui s ti c  v aria bl es   i thi s   i n v es ti ga t i on .   F or t he  s y s t em , th r ee  m e m be r s hi p f un c ti o ns  ha v e  be en  c h os en  f or both   i n pu ts   ( i .e  Z E z ero,  S s m al l B :   bi g),  whi l f or  th o utp u t f i v m e m be r s hi f un c ti o ns   ha v b ee n   c ho s en   ( i .e.   Z E z ero,  S :   s m al l M:  m ed i um B bi g,  V B v er y   b i g).  T he   i nt erv a l   [0,   1]  i c on s i de r e as   the   un i v ers e   of   di s c ou r s f or  the   tw i n pu ts w h i l f or  the   ou tp ut  th [0,   1]  i nt erv a l   i s   us e d.  O nc e   t he   i n pu t   a n o utp ut  v ar i ab l es   an d   MF   ha v be e de f i ne d,  the   r u l b as ed   w i l l   b e   de s i g ne ac c ordi n to  th e   de c i s i o m atri x   s ho w i T ab l 3 F u z z y   s y s tem s   ba s ed   on   f u z z y     if - the r u l es   i s   us e as   ap p r ox i m ato r s   du i ts   c ap ab i l i t y   as   un i v ers al   ap prox i m ato r s   of   no n l i n ea r     f un c ti on s  [2 3 ,   2 4] .           F i gu r 3.  H y dro ge n  r ef or m er   m od el   us i n g P I - F u z z y  c o ntrol l er       T ab l e 3 . T he  T ab l e o f  In f erenc e Ru l es     ZE   S   B   ZE   ZE   ZE   M   S   ZE   S   B   B   M   B   VB     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A     IS S N: 1 69 3 - 6 93 0       P erfor m an c e c o mp ar i s on   o f P E MFC  h y droge n refor me r  wi th  di ff erent ...  ( Nor   A i r a  Zambri )   2621   3.   Re sult a n d   A n al y s i s   F i gu r s h o w s   the   c om pa r i s on   be t w e en   th P I,  P I an P I - F u z z y   c o ntro l l er  us ed   i order   to  c o ntro l   th m ol ar  f l ow s   of   the   g as es   w h i c h   wi l l   b f ed   t th P E MF s tac k F r o m     the   gra ph we  c an   s ee   t ha the   h y dro ge f l o w   r at s ho w s   b ett er  pe r f or m an c wi th   P ID  c o ntrol l er   c o m pa r ed   t P I,   the   us e   o f   w h i c c a ov erc om the   os c i l l at i on   pro bl em   w h i c oc c urs   du r i n   the   s tart i ng   po i nt   of   the   s i m ul ati on   [ 9 - 11,   25 ] B y   i nc r ea s i n th d er i v at i v v al ue the   os c i l l at i on   at  th b eg i nn i ng   of   the   c urv w i l l   be   r ed uc e d.  H o w e v er b y   i m pl em en ti ng   P I - F u z z y   c on tr ol l er,  no   ov ers ho ot  an d   de l a y   oc c urs   i th gr ap h   an i r ea c h es   th s te ad y   s tat c o nd i ti on     ab r up t l y .   F r om   the   r es ul t i s ho w s   tha P I - Fu z z y   c o nt r ol l er   c an   c ou n ter  t he   prob l em s   f ac b y   bo th  c o nv en t i on al   c on tr o l l e r s   w i t n o v ers ho ot  a nd   n os c i l l at i on   w i th  a   hi gh er  h y dro ge ga s   ou tp ut.   F i gu r s ho w s   th e   ou tp ut  f l o w   r at of   ox y g en   ga s   prod uc es   b y   the   h y d r og en   r ef or m e r   us i ng   P I,   P I an P I - F u z z y   c on tr ol l ers T he   gra ph s   s h o w i F i gu r e   ha v t he   s am be ha v i or  as   the   h y d r og en   ga s   w i th  t he   os c i l l at i on   probl em s   du r i ng   the   e arl i er  pa r of   the   s i m ul ati on F r o m   the   r es ul t,  P I - F u z z y   c o ntro l l er  c an   c ou nt er  the   pr ob l em s   s i m i l ar  to  th h y drog en   f l o w   r a te  o utp ut  di s c us s ed  ea r l i er .           F i gu r 4.  R es ul of  h y dr og e n g as  f l o w  r a te  o utp ut  i n ref orm er us i ng  P I,    P ID a nd   PI - F u z z y   c o ntrol l er s       T he   r es ul of   ti m r es po ns e   f r o m   ox y ge n   ga s   ou t pu t   c u r v be t ween   th t hree  c o ntr ol l ers   are  ta bu l at ed   as   s ho wn  i n   T ab l 4 It  c a be   s e en   tha t   the   s ett l i ng   ti m an d   pe r c en ta ge   of  ov ers ho ot  f or  P ID  c on tr o l l er  are  l o w er  th an   t he   P c on tr ol l er.  Ho we v er,  b y   i m pl e m en ti n   PI - F u z z y ,   al l   th t i m r es po ns es   are   al l   z eros   wi t t he   p erc en ta ge   of   ov ers ho ot  i s   al s o   z ero.    T he   ou t pu v ol t ag of   the   P E MFC  i s   s ho w i F i g ure  6 F r om   the   graph,   t he   s tart i ng   v ol t ag b y   us i ng   P c on tr ol l er  i s   q ui t f as ter  tha t he   c on tr ol   m eth od   us i ng   P ID.  T he   s t arti ng   ti m b y   i m pl em en ti ng   P c on tr ol l er   i s   1.3 77 s   a nd   2. 08 9s   b y   us i ng   th P I D.  Ho wev er,  b y   c on tr o l l i n   the   r ef orm er  us i ng   the   P I - F u z z y   c o ntro l l er,   i c a r e du c th s tart i ng   ti m of   P E MFC  o utp u v o l tag t 0 .43 8s   as   s ho wn  i F i gu r e   6.   T he   s tarti ng   t i m i s   i m po r tan t e ns ure  th l oa d   r ec ei v ed   r eq u i r ed   p o w er   i n s tan tl y .   T he   f i na l   an a l y s i s   i s   the   s i m ul ati on   r es ul ts   on   P E MFC  ou tp ut   pe r f or m an c es  s ub j ec ted  to   l oa d c ha n ge s   T he   s i m ul ati on   r es u l ts   of   the   i n pu c urr en an ou tpu v o l tag are  s h o w i F i gu r 7   ( a)   an F i gu r 7   ( b),   r es pe c ti v el y   F i gu r e   7   ( a)  s h o w s   th l o ad   c urr e nt  s up pl i ed   to  t he   f ue l   c el l   i whi c h   the   c urr en t   v ari es   w i th  t he   l o ad   de m an an d   F i gu r 7   ( b)   i s   the   ou tpu t   P E MFC   v ol t ag e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   1 7 ,  No 5 O c tob er   20 19 :   261 7 - 26 2 4   2622   whi c de p en ds   on   t he   s u pp l i ed   c urr en t.  F r om   F i gu r 7   ( b),  t he   graph   s ho w s   tha t he   ou tp ut  v o l tag i s   i n v ers el y   prop ort i on al   to   th i n pu t   c urr en t   a nd   t hi s   r es ul t   i s   i l i ne   w i t th f ue l   c e l l   c ha r ac teri s ti c   i w h i c th ou tp ut  c el l   v ol t ag de c r ea s es   l i n ea r l y   wi th  i nc r ea s i ng   l oa d.  It  i s   no t ed   tha th f ue l   c el l   tak es   s ev eral   ti m i nte r v a l s   to  r ea c the   l oa d em an or  the   s te ad y   s ta te  l ev el   bu b y   i m pl em en ti ng   t he   P I - f u z z y   c on tr ol l er,  th s tart - up   ti m i s   i m prov ed B es i d es   tha t   the   o utp ut  v ol tag of   P E MFC  b y   us i ng   P I - F u z z y   i s   al s h i gh er  tha th t wo  c on v en t i o na l   c on tr ol l ers   w h i c h a r the   P I  an P ID .       T ab l e 4 . T he  r es u l t o f  T i m e Re s po ns f r om  O utp ut  O x y ge n   G as  C urv e B et w e en   P I   P ID  a nd   P I - F u z z y   C on tr o l l e r     PI   PID   PI - Fuz z y   D e lay   Ti m e   ( Td)   0 . 8 s   1s   0s   R is e   T i m e   ( Tr )   1s   1 . 9 s   0s   S e t t li n g   T i m e   ( T s )   3 . 5 s   1 . 5 s   0s   P e a k   Ti m e   ( Tp)   1 . 9 s   2 . 5 s   0s   P e r c e n t a g e   o f   Ov e r s h o o t   ( % )   4 0 . 7 %   3 . 7 %   0%           F i gu r 5.  R es ul of  th e f l o w   r ate  ou tpu t  of  ox y g en   ga s  i n ref or m er us i ng   P I,    P ID a nd   P I - F u z z y   c o ntrol l er s           F i gu r 6.  R es ul of  ou tp ut  v ol ta ge   of  P E MF C us i ng   P I,  P ID a nd   P I - F u z z y   c o ntrol l er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A     IS S N: 1 69 3 - 6 93 0       P erfor m an c e c o mp ar i s on   o f P E MFC  h y droge n refor me r  wi th  di ff erent ...  ( Nor   A i r a  Zambri )   2623     ( a)       ( b)     F i gu r 7.  S i m ul ati on  r es u l ts  ( a) l oa c urr en an d  ( b) f ue l  c el l  o utp u t v ol t ag e       4.  Co n clus ion   T hi s   pa pe r   c om pa r es   three   t y p es   of   c on tr ol l ers   to  c o nt r ol   th ox y g e an h y dro ge f l o w   r ate s   of   a   r ef or m er  be f ore  en teri ng   the   P E MFC  m od el T he   m ai o bj ec ti v of   the   c on tr ol l er  i s   to  r ed uc the   os c i l l at i o ns   pro bl em   of   the   h y drog en   an d   ox y g en   f l o r ate s   an d   th us   de c r ea s i ng     the  s l o w  s tart - u p t i m e o f  th e FC. F r om  th e s i m ul at i on  r es ul ts i t c an  be  s ee n  th at  P E MFC o utp uts   m ee the   f ue l   c e l l   c h arac teri s ti c s   i w h i c t he   ou tp ut  v o l tag i s   i nv ers el y   pro po r ti on al   t th i np u c urr en t.  T he   P E f ue l   c el l   m od el   i s   c on s i de r ed   ac c urate  as   i f ul f i l l s   the   l oa d   r eq ui r em en t.  Ho w e v er,  i ne ed s   s om ti m to  r ea c the   s tea d y   s tat l ev el   b ec au s i i s   un ab l to  f ol l o   the   f as c ha ng es   i p o w er   de m an at  the   s t arti n o f   the   F op erat i on Ho we v er,  th i s   m ai n   probl em   i s   s ol v e b y   i ntro d uc i ng   P I - F u z z y   c on tr o l l er  i n   r ef or m er.  F r o m   the   graphs   ob tai ne f r o m   s i m ul ati on ,   i t   s ho w s   t ha t   th P I - F u z z y   c on tr o l l er  g i v es   the   be s pe r f orm an c es   c o m pa r ed   to  P an P ID  c o ntrol l ers W i th  the   ex i s tan c of   P I - F u z z y   c on tr ol l er,  i h el ps   the   ou t pu v o l t ag of   P E MFC  t o pe r at e arl i er   w hi c h   m ea ns   r ed uc i ng   t he   s l o w er  s t art - up   t i m o f   the   P E MF C.   B es i d es   tha t,  th P I - F u z z y   c on tr ol l er  c an   al s el i m i na tes   al l   th prob l em s   f ac i ng   b y   t he   P a nd   P ID  c on tr o l l ers whi c ar e   i m prov i ng   th de l a y   ti m e,  r i s ti m e,  s ett l i n ti m e,  pe ak   ti m an pe r c en ta ge   of  ov ers ho ot.       A c kno w ledg ement   T hi s   w ork   w as   s up po r t ed   b y   T IE gra nt  ( U86 2)   of   Uni v ers i ti   T un   Hus s ei O nn   Ma l a y s i ( UT HM) P o wer   E ne r g y   F oc us   G r o up ,   A dv an c ed   T ec hn ol og y   C en tr e   ( A T C) F ac ul t y   of   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   1 7 ,  No 5 O c tob er   20 19 :   261 7 - 26 2 4   2624   E ng i n ee r i n T ec hn o l o g y ,   UT HM  an d   G r ee a nd   S u s tai na bl E ne r g y ,   F ac u l t y   of   E l ec tr i c al   an E l ec tr o ni c s  E ng i ne erin g (G S E ne r g y ) , UT HM.       Ref er en ce s   [1]    Neh ri M H,  W a n g   C,  Sh a w   SR.  Fu e l   C e l l s Pro m i s i n g   D e v i c e s   Fo Di s tri b u t e d   G e n e r a ti o n IEEE   Po wer  a n d  En e rg y  M a g a z i n e 2 0 0 6 4 (1 ):  47 - 4 5.   [2]    Deg l i u o m i n i   L N,  Fe ro l d i   D,  Ba s u a l d o   M   a n d   Rie r a   J .   Hy d ro g e n   p ro d u c ti o n   b a s e d   o n   b i o - e t h a n o l   a n d   s o l a r   e n e r g y   fo fe e d i n g   PEM   fu e l   c e l l s .   2 0 th   M e d i te rra n e a n   Con fe r e n c e   o n   Con tro l   A u to m a ti o n   (M E D), Ba rc e l o n a 2 0 1 2 :   1 1 8 9 - 1194.   [3]    L e o n  V.  Hy d ro g e n  T e c h n o l o g y Be rl i n Sp ri n g e r - V e rl a g  Be rl i n  He i d e l b e rg 2 0 0 8 .   [4]    Hua n g  B,  L i  P,  Di n g  F W a n g   C.  M o d e l l i n g  a n d  An a l y s i s  o P E M FC i n  Di s tri b u te d  Gen e ra ti o n  Sy s t e m .   In te rn a ti o n a l  Co n fe re n c e  o n  S u s ta i n a b l e  Po w e r Gen e r a ti o n   a n d  Su p p l y 2 0 0 9 :   1 - 5   [5]    Rao   KS,  M i s h i r a   R.  Co m p a r a ti v e   s tu d y   o P,  P a n d   PID   c o n tro l l e f o s p e e d   c o n tr o l   o VSI - fe d   i n d u c ti o n   M o to r.  In te rn a t i o n a l   J o u rn a l   o En g i n e e r i n g   De v e l o p m e n a n d   Res e a r c h 2 0 1 4 2 (2 ) :     2740 - 2 7 4 4 .   [6]    El - Sh a rk h   M Y Rah m a n   A,  A l a m   M S,  By rn e   PC,  Sa k l a   AA,  T h o m a s   T d y n a m i c   m o d e l   f o r   a     s ta n d - a l o n e   PEM   fu e l   c e l l   p o w e p l a n fo re s i d e n ti a l   a p p l i c a ti o n s J o u rn a l   o Po w e So u r c e s 2 0 0 4 ;     1 3 8 (1 - 2 ) 1 9 9 - 2 0 4 .   [7]    Za m b r i   NA,  M o h a m e d   A,  Sh a re e H.  D y n a m i c   M o d e l i n g   o Pro to n   E x c h a n g e   M e m b ra n e   Fu e l   Cel l   i n  M a tl a b /Si m u l i n k .    Reg i o n a l   En g i n e e ri n g  Po s tg ra d u a t e  Co n fe re n c e  (EPC).  2 0 1 1 1 - 7.   [8]    Bo y c e  GB Con tr o l   m e th o d s   fo r e l e c tri c a l   m a c h i n e a  h a n d b o o k Not ti n g h a m Au ri s  Re f e re n c e 2 0 1 2 .   [9]      Che n HC T z e n g   SY Che n   PH.  O p ti m i z a ti o n   d e s i g n   o PI c o n tro l l e r s   fo PEM FC  wit h   re fo rm e r   u s i n g   g e n e ri c   a l g o r i th m Ni n th  I n te rn a ti o n a l   C o n fe r e n c e   o n   M a c h i n e  L e a rn i n g   a n d   Cy b e rn e t i c s .   2 0 1 0 :   2990 - 2 9 9 5 .   [10]    Sa h a   AK,   Cho w d h u ry   SP,   Ch o w d h u ry   S.  a n d   So n g   Y H.  Dy n a m i c   m o d e l   o f   PEM   fu e l   c e l l   wit h   f u z z y   l o g i c   c o n tro l l e r.   4 2 n d   In te rn a ti o n a l   Uni v e rs i t i e s   Po w e En g i n e e r i n g   Co n fe re n c e Bri g h t o n 2 0 0 7 :     753 - 7 5 7 .   [11]    Sa h a   AK,  Cho w d h u ry   SP  a n d   Cho w d h u ry   S.  PEM   fu e l   c e l l   a s   e n e rg y   s o u rc e   u s i n g   f u z z y   l o g i c   c o n tr o l l e r IET - UK  In te rn a ti o n a l   Con fe re n c e   o n   In fo rm a ti o n   a n d   Com m u n i c a ti o n   T e c h n o l o g y   i n   El e c tr i c a l  Sc i e n c e s  (I CT ES 2 0 0 7 ),  T a m i l  Na d u 2 0 0 7 :   2 8 8 - 2 9 5 .   [12]    Y u e d o n g   Z,   J i a n g u o   Z,   Y o u g u a n g   G J i a n x u n   J Con tr o l   o f   Pro to n   E x c h a n g e   M e m b ra n e   Fu e l   C e l l   Ba s e d   o n   Fu z z y   L o g i c i n   P ro c e e d i n g   o th e   2 6 th   Ch i n e s e   Con tro l   Co n fe re n c e Hun a n Chi n a :   Ku n m i n g  Un i v e r s i ty  o f  Sc i e n c e  a n d  T e c h n o l o g y 2 0 0 7 3 4 5 - 3 4 9 .   [13]    Ba l k i n   AR,  Hol l a n d   B J   a n d   Zh u   J G M o d e l i n g   p o l y m e e l e c tr o l y te   m e m b ra n e   f u e l   c e l l s i n   Pro c .   Au s tra l a s i a n  U n i v e rs i ti e s  Po w e r En g .   Co n f. M e l b o u r n e A u s tra l i a 2 0 0 2 .   [14]    O h a y re   RP,  Ch a   S W ,   Col e l l a   W ,   a n d   Pr i n z   FB.   Fu e l   Ce l l   Fu n d a m e n ta l s J o h n   W i l e y   So n s ,   L t d .   2006.   [15]    M e s h ra m   PM Tu n i n g   o PID   c o n tr o l l e u s i n g   Z i e g l e r - Ni c h o l s   m e th o d   fo s p e e d   c o n tro l   o f   DC   m o to r i n   2 0 1 2   I n te rn a ti o n a l   Con fe r e n c e   o n   Ad v a n c e s   i n   E n g i n e e r i n g Sc i e n c e   a n d   M a n a g e m e n t   ( ICAES M Nag a p a t ti n a m T a m i l  Na d u IE EE.   2012 :   1 1 7 - 1 2 2 .   [16]    M a l l e s h a m   G M i s h ra   S,  J h a   AN.  Zi e g l e r - Nic h o l s   b a s e d   c o n tro l l e p a ra m e te r s   t u n i n g   fo l o a d   fre q u e n c y  c o n tro l  i n  a  m i c ro g r i d i n  2 0 1 1  I n te rn a ti o n a l  C o n fe r e n c e   o n  En e rg y Au to m a t i o n  a n d  Si g n a l ,   Bh u b a n e s w a r,  O d i s h a 2 0 1 1 :   1 - 8.   [17]    Han g   CC As tro m   KJ   a n d   Ho  W K.  Ref i n e m e n t s   o th e   Zi e g l e r - Nic h o l s   tu n i n g   fo rm u l a i n   I EE  Pro c e e d i n g s  D - Con tro l  T h e o ry  a n d  Ap p l i c a t i o n s 1 9 9 1 ;  1 3 8 ( 2 ):  1 1 1 - 118.   [18]    Bh a tt i   SA,   M a l i k   SA  a n d   Dar a z   A.  Com p a ri s o n   o P - a n d   I - c o n tro l l e b y   u s i n g   Zi e g l e r - Nic h o l s   tu n i n g   m e th o d   fo r   s p e e d   c o n tr o l   o DC   m o t o r 2 0 1 6   I n te rn a ti o n a l   Con f e re n c e   o n   In t e l l i g e n t   Sy s te m s   En g i n e e ri n g  (I CISE),  I s l a m a b a d 2 0 1 6 :   3 3 0 - 3 3 4 .   [19]    Za d e h   L A.  F u z z y  Se ts IEEE  tr a n s a c ti o n s  o n   i n fo rm a t i o n   a n d   c o n tr o l 1 9 6 5 ;  8 3 3 8 - 3 5 3 .   [20]    Zh a n   Y D,  Zh u   J G G u o   Y G a n d   J i n   J X Con tro l   o p r o to n   e x c h a n g e   m e m b ra n e   f u e l   c e l l   b a s e d   o n   fu z z y  l o g i c i n  Pro c th e  2 6 th  C h i n e s e  Co n tro l  Co n fe r e n c e Z h a n g j i a j i e Ch i n a 2 0 0 7 2 0 1 5 - 2 0 1 9 .   [21]    Ros y a d i   M M u y e e n   S M T a k a h a s h i   R.  Des i g n   Fu z z y   L o g i c   Co n tro l l e fo a   Pe rm a n e n M a g n e t   W i n d  Ge n e ra t o r t o  E n h a n c e   th e  Dy n a m i c  St a b i l i ty  o W i n d  F a rm s A p p l .  Sc i .   2 0 1 2 2 7 8 0 - 8 0 0 .   [22]    Ros y a d i   M M u y e e n   S M T a k a h a s h i   R,  T a m u ra  J Fu z z y - PI  Con tro l l e De s i g n   f o PM   W i n d   G e n e ra t o r   to   Im p ro v e   Fa u l Rid e   T h ro u g h   o W i n d   F a rm In te rn a ti o n a l   j o u rn a l   o re n e wa b l e   e n e rg y   re s e a r c h 2013 ;   3 (2 ):  3 0 8 - 314.   [23]    Ko s k o  B.   Fu z z y  s y s te m s   a s  u n i v e r s a l   a p p r o x i m a t o rs .  Pro c .  o f  1 st   FUZZ - IEEEE.   1 9 9 2 :   1 1 5 3 - 1162.   [24]    W a n g   L X Fu z z y  s y s te m s  a r e   u n i v e rs a l  a p p ro x i m a to r s .    Pr o c o 1 st  FUZZ - IEEE.   1992 :   1 1 6 3 - 1 1 7 0 .   [25]    Za m b r i   NA,   M o h a m e d   A,   S h a re e f   H.   Pe rfo r m a n c e   Co m p a ri s o n   o f   Dy n a m i c   M o d e l s   o f   Pro to n   E x c h a n g e   M e m b ra n e   a n d   Pl a n a So l i d   O x i d e   Fu e l   Ce l l s   Su b j e c te d   t o   L o a d   Cha n g e .   IRE M O S 2 0 1 1 ;   4 (6 ):  3 4 0 2 - 3 4 0 9 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.