1、質(zhì)子交換膜燃料電池具有能量密度高，污染小，運行溫度低，啟動速度快等優(yōu)點而大受關(guān)注。因此質(zhì)子交換膜燃料電池非常適合于給汽車與機車等大功率設(shè)備供能。一個準(zhǔn)確的燃料電池系統(tǒng)動態(tài)模型可以很好地反應(yīng)電堆特性，便于進行控制系統(tǒng)的設(shè)計。供給空氣的陰極系統(tǒng)是其重要組成部分，陰極系統(tǒng)中空氣壓縮機的性能對電堆運行具有較大影響。然而現(xiàn)有的空氣壓縮機模型大多直接采用實驗數(shù)據(jù)擬合，具有精度不高，仿真速度慢，難以處理邊界數(shù)據(jù)等問題。為保證電堆運行穩(wěn)定安全高效也必須

2、設(shè)計合適的控制器對電堆進行控制。
　　為此，本文從燃料電池陰極系統(tǒng)的整體建模與控制策略的設(shè)計出發(fā)，分析了大功率質(zhì)子交換膜燃料電池動態(tài)模型和控制策略在國內(nèi)外的研究成果。通過分析質(zhì)子交換膜電堆工作原理建立了電堆模型，并基于課題組研制的150kW電力機車建立了它的陰極系統(tǒng)模型。模型中對前人的離心式壓縮機模型進行了改進，建立了適用于ROTREX C15壓縮機的機理模型，基于多項式擬合和粒子群算法進行了參數(shù)的優(yōu)化。極大地提高了模型精度。并基

3、于課題組150kWPEMFC測試系統(tǒng)進行了實驗驗證。此外還加入了進、排氣管路模型與陰極流場和背壓閥模型。對陰極系統(tǒng)進行了仿真分析，驗證了環(huán)境對系統(tǒng)的影響和轉(zhuǎn)速、需求電流等變量對系統(tǒng)的影響，并觀察到“氧饑餓”現(xiàn)象。
　　在燃料電池動態(tài)模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計了流量壓力“雙環(huán)”比例積分微分(PID)協(xié)調(diào)控制器以實現(xiàn)對壓縮機轉(zhuǎn)速和背壓閥開度的協(xié)調(diào)控制，改進了以往不控系統(tǒng)壓力的控制方式。仿真結(jié)果表明;雙環(huán)PID控制相比傳統(tǒng)單環(huán)控制能更有效快速地