随着我国“碳达峰”和“碳中和”目标的提出，构建以可再生能源为主导、多能互补的绿色能源体系是未来社会的发展趋势。质子交换膜燃料电池作为一种绿色能源，具有良好的应用前景。但目前尚存在一些影响质子交换膜燃料电池系统可靠性和鲁棒性的关键技术问题亟待解决。
本文围绕解决“电堆模型参数辨识不易、燃料电池供氢系统氢气利用率低及压强差控制难度大”等问题开展研究工作，以质子交换膜燃料电池系统为研究对象，着重对多喷嘴喷射泵的优化设计进行了研究，并构建了燃料电池系统的仿真模型，基于该模型重点对阳极供氢系统的控制策略进行了研究，主要研究内容如下：
首先，本文提出了一种基于莱维飞行的差分粒子群联合优化算法解决传统燃料电池仿真模型存在模型参数不准确、参数不能动态调节、模型求解收敛性差的问题。基于该方法构建了燃料电池系统动态仿真模型，该模型主要由电堆和辅助系统（主要为空压机、加湿器、比例阀、喷射泵和供氢管道等组成），并利用实测数据验证了模型的准确性。
其次，本文为解决传统单喷嘴喷射泵存在的负载变化窗口窄、难以适应低负载工况的问题，提出了一种高精度多喷嘴组合喷射泵优化设计方案。该优化方案采用4个不同口径的喷嘴组合而成，可实现多达15种流量控制效果，最高精度可达3%。通过Pro/E构建了该高精度多喷嘴组合喷射泵的三维模型，在CFD软件中进行了喷射泵网格建立和性能分析，验证了该高精度多喷嘴组合喷射泵在在全负载区间，尤其是低负载条件下具有良好的引射性能。
最后，本文研究了一种适用于高精度多喷嘴组合喷射泵的控制策略。在多喷嘴喷射泵组合控制方案的基础上，通过仿真对比研究PID控制、模糊PID控制和模型预测控制三种控制算法在质子交换膜燃料电池中的实际控制效果，研究结果表明模型预测控制算法，相较于PID算法动态响应特性提升了4%，证明本方法具有较好的动态响应特性和鲁棒性。
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