在环境和能源变成全球共同关心问题的背景下,新能源汽车技术在各国的支持下将会在未来变成比较重要的趋势,以氢为能源供应的燃料电池汽车技术也将成为未来新能源技术的重要突破方向。随着燃料电池的市场化,燃料电池的技术突破和研发问题也受到广泛关注。本文主要研究了车用质子交换膜燃料电池空气供给系统的模型和控制问题,搭建了燃料电池空气供给系统的模型和试验测试台架。针对其压力与流量的非线性和强耦合性的特点,为了避免不利因素的干扰以改善燃料电池系统的性能,需要对其进行解耦控制,所涉及的具体内容主要如下:本文首先在课题的研究背景和控制问题研究的现状基础上,针对质子交换膜燃料电池的结构阐明了其原理以及对其输出特性和极化现象进行分析。根据电化学和热力学等原理建立了燃料电池的输出电压和物质消耗的模型。其次参考阴极空气系统的模型假设和数学公式推导建立了系统的动力学模型,各个主要部分有空压机、供气管路、回流管路与背压阀和阴极内部。利用实际实验的结果对其重要部件空压机的出口流量进行了拟合。根据过程单元模型建立的思路和所推导的数学模型,在Simulink中搭建燃料电池空气系统模型,对燃料电池的电压电流、压力和流量进行仿真分析。然后搭建了系统的实验台架,设计了系统的通讯网络结构,对其进行加载与降载的实验并记录相关的实验数据。通过将台架实验与模型仿真实验的结果进行对比验证并分析各主要参数随实验过程的变化情况,证明了搭建模型能够正确反映台架实验过程,为后续的控制器设计与仿真提供了平台和基础。最后为了解决燃料电池空气系统压力与流量耦合的控制问题,深入分析了空气回路的控制算法逻辑,根据多变量过程控制系统的解耦控制过程对燃料电池空气系统的控制器进行解耦控制器设计。在前馈控制的基础上,将系统在不同压力条件下的工作点与解耦控制系数进行匹配,进而确定燃料电池空气系统在不同操作点的解耦控制系数,实现解耦控制的过程。仿真结果表明本文提出的解耦控制过程可以很好地实现燃料电池空气系统流量与压力的解耦控制,控制器的结构简单,具有良好的解耦效果和实用性能。