航空发动机通常被人们看成是一个复杂的气动热力学系统,其特殊性就在于它的强非线性与时变特性,而其控制问题也一直是专家学者的研究热点。本文以某型涡扇发动机作为研究对象,建立具有解析表达式的涡扇发动机平衡流形展开模型。针对发动机复杂运行过程中的控制问题,进行状态反馈控制器与切换策略的双重设计,以提高发动机的动态品质;针对带有外部干扰的平衡流形展开模型的控制问题,建立模型精度更高的带有不确定性和外部干扰的线性化模型,进行基于切换策略的鲁棒H_∞控制器设计;针对涡扇发动机安全保护问题,运用多回路切换思想,进行转速安全保护回路与切换策略的设计。下面对本文研究的整体工作进行阐述。首先,本文参考某型涡扇发动机试车数据,利用动静分离两步法进行辨识并建立具有解析表达式的涡扇发动机平衡流形展开模型。针对发动机复杂运行过程中的控制问题,本文在平衡流形展开模型的适用范围内,适当地选取不同的平衡点,在这些点附近分别建立线性化模型并设计状态反馈控制器,根据运行状态设计恰当的切换规则,将所设计的控制器与切换规则应用到平衡流形展开模型上,以提高发动机的动态响应速度,通过仿真验证多个状态反馈控制器间的切换控制相对于单一控制器的优越性。其次,为更贴近带有外部扰动的涡扇发动机平衡流形展开模型特性,提高控制精度,本文改进线性化模型,研究基于切换策略的鲁棒H_∞控制问题。在模型适用范围内,适当地选取多个平衡点,分别建立带有不确定性和外部干扰的线性化模型,接着,利用鲁棒H_∞控制理论,针对多个线性化模型分别设计鲁棒H_∞控制器,并根据运行状态设计合理的切换规则,使带有外部扰动的平衡流形展开模型,在切换规则的作用下渐近稳定且具有H_∞干扰抑制性能γ。通过仿真验证基于切换策略的鲁棒H_∞控制系统的控制效果。最后,针对涡扇发动机安全保护问题,考虑发动机转速动态响应的快速性与安全性间的矛盾,本文运用多回路切换思想,设计转速安全保护回路,并根据转速的安全边界设计恰当的安全保护切换规则,在发动机转速逼近或超过安全边界时,使控制系统能够在平衡流形展开模型上,从性能控制回路切换到转速安全保护回路上,对发动机转速进行安全保护。通过仿真证明该安全保护设计方案可兼顾发动机动态品质与安全性能。