现代科技的发展,促使机器人技术得到了长足的进步,但是移动机器人的电源问题始终是束缚其作业能力的关键因素之一。燃料电池以能量效率高、环保等优点为机器人电源提供了一种新的解决方案,但由燃料电池输出特性较软,若单独为机器人负载供电难以满足系统的动态需求。为了解决这一问题,本文开展了对机器人燃料电池混合电源系统的研究,主要研究内容如下：在分析燃料电池特性的基础上,制定了燃料电池与蓄电池、超级电容2种辅助电源共同组成燃料电池混合电源系统为机器人负载供电的方案,并根据机器人负载功率需求分别对各电源的功率、容量等进行了配置和选型；通过对比直流总线拓扑结构,提出了一种新的燃料电池混合电源级联拓扑结构,并对其工作模式进行了研究。基于确定的级联拓扑结构,根据机器人负载控制系统的性能要求,对双向DC/DC变换器的MOSFET管、变压器以及各电容进行计算、选型,并确定系统总体控制方案；在此基础上,设计了以TMS320F2812为控制核心的硬件系统,包括驱动单元设计、信号采集及处理单元设计、A/D转换单元设计、光电隔离单元设计以及保护电路设计。通过对机器人燃料电池混合电源系统在负载不同工作模式下供电特性的分析,结合电源系统的4项约束条件,提出了燃料电池混合电源系统滑模变结构控制与PI控制相结合的能量流切换控制策略,当系统偏差大于阈值时,利用滑模变结构控制的快速响应特性,迅速将偏差缩小到阈值,当系统偏差小于阈值时,则利用PI控制实现系统的无静差控制。论文对提出的燃料电池混合电源结构及能量流控制策略进行了仿真研究,仿真结果表明当机器人负载工作模式变化时,燃料电池混合电源能量流控制系统可以实现良好的能量流控制,控制效果良好。