资源紧缺以及环境恶化是当今社会面临的主要问题,为了解决这些问题人们不断地对新能源进行了开发与研究。新能源中,燃料电池以无污染、低噪声、高效的特点成为了最具发展潜力的新能源之一。现阶段对于燃料电池的研究工作主要集中在对于燃料电池电堆的材料、化工等方面,而对于燃料电池系统的建模以及控制方法的研究还处在发展阶段。燃料电池系统由电池电堆及其子系统组成,燃料电池子系统中包括温度控制系统、湿度控制系统及供气系统。供气系统承担着提供电池反应物的重任,因此,本文以供气系统为研究对象。供气系统采用空压机控制系统空气流量,不适当的空气流量供应会引起氧匮乏、输出效率低的现象发生。过氧比值能有效的反应气体供应的情况,是衡量燃料电池系统是否正常运行的重要指标。本文通过调节空压机的电压大小控制氧气的输入流量进而实现过氧比的动态优化配置,主要的研究内容以及成果如下:(1)针对质子交换膜燃料电池系统的结构,依据燃料电池相关理论以及理想气体方程建立了燃料电池电堆模型以及气体供应模型。通过对取得最大净功率值时的过氧比值进行分析得到过氧比关于负载电流的方程。在MATLAB上搭建模型并进行仿真,分析了负载电流突升与突降时对过氧比产生的影响,并验证了空压机电压变化对过氧比的控制效果。(2)采用PID对燃料电池系统实现基本性能控制。以运行过程中空压机转速的偏差作为PID控制器输入,空压机电压作为PID控制器的输出。通过调节PID参数初步实现了对过氧比的有效控制。针对PID控制器参数固定的问题,采用模糊控制对PID控制进行改进,得到模糊PID控制器,与PID控制进行对比取得了更好的控制效果。(3)考虑到过氧比控制过程中对稳态性能的需求,采用滑模控制进行控制。选取压缩机气流之间的偏差值公式作为滑模控制的滑模面,采取二阶滑模里的超螺旋算法对过氧比进行控制,仿真结果证明滑模控制算法在过氧比控制的稳定性能方面取得较好的提升。(4)考虑到空压机电压的约束问题,采用模型预测控制器进行控制。根据模型预测控制的需要将燃料电池的非线性系统在工作点处进行了线性化处理。在MATLAB上搭建模型并进行仿真,仿真结果表明模型预测控制对过氧比控制有较好的动态性能跟稳态性能,净功率输出要明显高于其他控制算法,且能将空压机电压控制在约束范围内,总体控制效果较好。