我国作为一个农业大国,拖拉机是进行农业生产的主要动力机械,然而传统型燃油拖拉机所带来的燃油消耗和环境污染问题成为了我国节能环保工作重难点。现阶段,纯电动拖拉机作为新型的农业动力机械得到了快速的发展,尽管其解决了传统型燃油拖拉机能源消耗大、排放物污染严重的问题,但由于拖拉机工作环境恶劣多变、作业工况复杂多样,纯电动拖拉机的续航里程、作业功率往往不能满足实际的需求;同时,随着燃料电池动力系统在乘用车上的应用日益增多,其技术日趋成熟,因此,开展燃料电池拖拉机动力系统的研究具有一定的理论意义与实际的应用价值。本文围绕燃料电池拖拉机动力系统的总体设计、部件建模、容错控制、仿真分析主要开展了以下工作:首先,通过分析燃料电池动力系统方案,确定以“燃料电池+蓄电池”型为基础,设计了适用于大型轮式农用拖拉机的双并联式燃料电池混合动力系统;分析了大型农用轮式拖拉机的动力学特性,得出拖拉机在运输、旋耕、犁耕作业工况下的需求,以此为基础进行所设计的动力系统的主要部件——驱动电机、燃料电池、蓄电池的选型与参数匹配设计;参考东方红1804拖拉机变速器,根据不同作业项目的速度要求,确定了燃料电池拖拉机动力系统的变速器档位数及各档位传动比。其次,基于Matlab/simulink与Cruise仿真平台,搭建了燃料电池拖拉机动力系统主要部件模型,如燃料电池模型、蓄电池模型、DC/DC变换器模型、驱动电机及其控制器模型等。在所搭建的整机模型上对三种作业工况进行仿真分析,通过对比东方红1804拖拉机与所设计的燃料电池拖拉机牵引功率特性、牵引效率特性与行驶速度特性的仿真结果,得出参数匹配的结果不仅能够满足燃料电池拖拉机整机性能指标,并且使其性能优于东方红1804拖拉机。再次,通过对燃料电池拖拉机动力系统进行功能的划分,确定容错控制围绕驱动力提供与控制功能展开。搭建了动力系统的控制模型,利用Kalman滤波的方法对状态变量进行观测生成残差,并使用域值法对残差进行分析,判定动力系统中所发生的故障。进而,在此基础上利用越域残差对故障状态重构,实现燃料电池拖拉机动力系统的容错控制。最后,对基于Cruise搭建的三种作业工况下燃料电池拖拉机动力系统模型进行仿真测试,得出无故障模式运行下的燃料电池拖拉机速度特性曲线与牵引力特性曲线;在FC_DC/DC 模块中引入故障信号,并添加State observation_FDD模块与 State reconstruction_FTC模块得到三种作业工况下引入故障模式运行的燃料电池拖拉机动力系统模型,进行仿真测试。仿真结果表明:三种作业工况下,燃料电池拖拉机动力系统发生故障时,通过State observation_FDD模块与State reconstruction_FTC模块,能够对故障信号进行检测与诊断,并且能够对故障进行及时的修正,满足三种作业工况下燃料电池拖拉机的牵引特性与运动特性,验证了容错控制的有效性与合理性。