煤层气作为一种新型清洁能源，是替代汽油的发动机理想代用燃料，电控技术是满足煤层气发动机动力性、经济性和尾气排放均衡优化控制要求的有效手段。空燃比控制是煤层气发动机综合控制的主要研究内容，对于改善燃烧品质，充分发挥煤层气燃烧特性的优势和低排放的效果具有重要的意义。本文全面介绍了作者围绕煤层气发动机空燃比控制相关问题开展的一系列研究工作。所取得的研究成果体现在以下几个方面。(1)提出了煤层气发动机电控化改造的双阀空燃比控制方案，将压燃式发动机改造成点燃式煤层气发动机，研制了所需的各种辅助和实验装置，并进行了不同工作条件下的大量实验。(2)基于稳态工况实验数据，结合发动机物理特性，建立了煤层气发动机系统的平均值模型。借助于MATLAB/SIMULINK工具，形成图形化的仿真模型，利用不同工况下的实验数据对所建模型进行了检验。(3)分别研制了发动机歧管绝对压力(MAP)传感器和热式空气质量流量(MAF)传感器静、动态标定实验台，建立了废气氧(EGO)传感器标定实验装置。研究了空燃比前馈-反馈控制系统中4种关键传感器的特性。基于两步辨识法建立了热线式、热膜式MAF传感器和EGO传感器块联结构的动态非线性模型。(4)基于进气平均稳定流动的假设，利用发动机台架实验数据，建立了用于稳态空燃比前馈控制的递阶模型，并通过该模型生成三维初始控制脉谱图，解决了非实验工况点的数据产生问题。采用迭代学习控制技术，研究了基于单阀调节和双阀调节的稳态空燃比校正算法，考察了不同算法的收敛性能。(5)针对控制输入和输出之间的动态非线性关系，基于发动机进、排气延迟过程，构造滑模观测器，同时观测进气空气流量、燃气流量和排气空燃比，并得到动态工况实验数据的验证。提出了煤层气发动机神经网络与PID并行控制的空燃比控制结构，研究了瞬态空燃比控制算法，并通过了仿真验证。