随着汽车工业的快速发展,如何开发应用绿色清洁能源成为当今的重要研究课题之一。燃料电池作为一种排放无污染、运行低噪声、能量转换效率高的新型绿色能源,在新能源汽车领域的发展中受到高度重视,逐渐被认为是解决汽车低碳绿色车行的终极解决方案。目前,燃料电池汽车相关的技术研究已经取得了一定的进展,但是燃料电池供气系统的控制技术方面仍不完善,而供气系统的控制品质对提升燃料电池系统的输出性能具有重要的意义。因此,本文以提升燃料电池系统的输出功率为目标,对燃料电池系统空气供给回路的控制展开研究。本文的主要研究内容如下:（1）利用MATLAB/Simulink仿真平台搭建燃料电池系统空气供给回路模型,并对影响电堆输出性能的关键因素展开分析。首先,从燃料电池的反应机理出发,并考虑内部流场气体的动态变化和质子交换膜的水传递现象,搭建燃料电池电堆机理模型;然后,针对空气供给回路中各个部件的工作特性,分别建立空压机、供给管路、中冷器、加湿器、排气管路和背压阀模型。（2）针对燃料电池系统空气供给回路中阴极流场气体压强不可直接测量的问题。首先,对空气供给系统进行合理的假设,建立面向控制的六阶动态模型,并同机理模型展开对比验证;其次,提出基于滑模微分观测器的设计方法,对阴极流场气体压强进行实时在线估计,并通过设置不同的仿真参数进行测试,以验证观测器的稳定性和有效性。（3）针对燃料电池系统空气供给回路具有多输入多输出、强耦合性强非线性的特性,提出基于模型预测自抗扰的控制方法进行解耦控制。首先,将面向控制的非线性系统进行输入输出反馈线性化解耦,得到阴极流场气体压强和供给管路气体压强对应的控制变量;其次,基于反馈线性化后得到的线性化模型,通过设计扰动观测器实现对系统的未知扰动进行估计并反馈给模型预测控制器,以实现对控制目标的快速、稳定跟踪;最后,为验证所设计控制器的跟踪效果,分别通过离线仿真测试以验证控制器的有效性,通过参数扰动测试以验证控制器的鲁棒性,通过硬件在环测试以验证控制策略的实时性。