近年来,环境污染能源危机的影响日趋严重,质子交换膜燃料电池(PEMFC,Proton Exchange Membrane Fuel Cell)因其零排放无污染能源转换效率高等特点,成为汽车技术上的研究热点。以燃料电池电动汽车为代表的新能源汽车的发展,进一步推动了政府和相关公司对燃料电池的研究和开发。在汽车行驶过程中需求电流会经常变化,这就对燃料电池系统能够做出稳定及时的响应提出了要求。PEMFC空气供给系统作为燃料电池系统的重要组成部分,对电流需求的响应有着直接的影响。本文针对燃料电池空气供给系统,对其主要系统部件特性进行研究,结合机理建模和实验建模的方法,搭建相关仿真模型并分析其稳态和动态特性。针对系统特性制定反馈线性化控制策略,对空压机和背压阀协调控制,使得供气流量和压力解耦,提高系统的动态性能。本文首先通过查阅国内外文献资料,对PEMFC空气供给系统的现状趋势进行研究。在燃料电池汽车产品进行调研的同时,重点查阅了 PEMFC空气供给系统的动态模型,系统控制方法以及实验方法的国内外现状。从稳态特性出发,分析了燃料电池的工作原理和结构组成,对输出电压的三种损失进行分析,搭建起PEMFC输出电压模型,针对过氧比和空气供给系统进气压力,分析了对PEMFC输出电压的稳态影响,并对模型进行仿真与实验验证。从PEMFC空气供给系统的机理出发,对系统模型中的空压机、进排气管路、和背压阀等主要部件的特性进行研究,并根据热力学原理对空压机模型进气温度进行修正优化;对空压机和燃料电池在实验平台进行数据测取,通过MATLAB/Simulink计算软件搭建了 PEMFC空气供给系统半机理半经验动态模型。针对PEMFC空气供给系统,对动态性能指标进行定义和评价。在PID控制算法下进行系统模型的仿真,通过与实验结果对比验证了模型的可行性,为后续的控制策略应用建立了基础。在上述模型的基础上,针对过氧比和进气压力对系统动态变化下的影响进行分析。针对PEMFC空气供给系统的非线性和耦合性的特点,提出采用反馈线性化的控制策略,从理论上建立了基于系统的控制算法,将非线性模型转换成线性模型,同时通过将空压机和背压阀协调控制,对进气流量和压力进行解耦,实现系统在动态响应过程中对动态性能指标的良好调节,使得模型控制更稳定,响应更迅速。通过与PID控制下的仿真结果对比,验证了反馈线性化对系统的快速响应控制。