该文首先应用三大守恒定律,系统地建立了kW级PEMFC电堆的三维动态模型,并通过简化,得到电堆温度的机理模型.同时,针对PEMFC电堆的输出电气性能和使用寿命很大程度上取决于电堆的操作温度这一问题,利用专家经验和实验数据,基于自适应神经模糊技术建立了电堆操作温度辨识模型,结合电堆机理模型和辨识模型,提出了两种智能控制方案,并进行了仿真和实验.最后,对两种控制系统的控制性能进行了比较.该文的具体成果主要包括:* 基于质量、动量和能量守恒定律,首次系统而完整地建立了kW级PEMFC电堆的三维动态数学模型;根据电堆发电过程中的物质与电量平衡条件,建立了由一组偏微分方程和积分方程描述的PEMFC电堆的动态电气特性模型;在考虑有效阻抗对电池输出特性的影响下,从单电池推及电堆,全面地对电堆输出电压、电流密度、燃料气体利用率之间的关系进行了理论分析.所建立的模型为设计电堆控制系统和电堆模型的简化与应用打下基础.* 通过对所建立的三维动态电堆模型的简化,得到PEMFC电堆的温度、压力、气体流速和质量分率简化模型.首次提出由于换热系数、传热系数的变化,造成电堆中单电池、单电池组件之间的温度不均匀.提出了一种改进的遗传算法,对模型中10个与换热系数和传热系数有关的关键参数进行辨识和优化,以解决由于模型简化和参数的不准确而造成的模型精度降低问题.并通过数值测试证明了改进遗传算法比简单遗传算法有着更快的收敛速度和更高的精度.所作的仿真实验,验证了模型的可靠性,为设计基于电堆机理模型的变结构控制系统奠定了理论基础.* 利用来自专家的经验和实验数据,建立了基于自适应神经模糊技术的电堆操作温度的辨识模型.并基于此模型,提出一种改进的自适应神经模糊控制算法.结合最邻聚类算法,解决了模糊规则无法涵盖模糊输入变化空间时,造成的控制性能下降问题.同时又利用神经网络自学习算法,加强系统的自适应能力.与非线性PID和传统模糊控制算法相比,仿真和实验结果验证了所设计控制系统的优良性能.* 根据电堆温度机理模型,我们提出了变结构控制系统设计方案,快速平滑趋近律和快速收敛滑动模态被设计用来削弱抖振对系统的影响,并采用输入/输出线性化方法来解决系统中的摄动非匹配问题.从理论上,证明了所设计系统的鲁棒性和稳定性.仿真实验验证了变结构控制系统良好的性能.最后,根据两种控制系统的方法设计过程和仿真实验结果,考虑不同应用方向,从进入稳定状态时间、超调量等性能指标方面,详细地比较了它们的优缺点.