航空发动机的安全、高效运行依赖于发动机控制系统,而控制系统是以传感器测量信号为基础进行工作。由于航空发动机的工作环境非常恶劣,传感器通常直接暴露在高温、高压、强振动中。这使得传感器非常容易发生故障,对发动机的运行安全造成威胁。为了提升航空发动机安全性和可靠性,本文以航空发动机的平衡流形展开模型为对象,结合滑模理论、分数阶微积分理论对航空发动机的传感器故障诊断和容错控制技术进行了研究。主要工作内容如下:1.以某型大涵道比涡扇发动机的非线性部件级模型为对象,通过辨识建立相应的平衡流形展开模型。为之后的故障诊断与容错控制研究奠定基础。2.基于航空发动机的平衡流形展开模型设计滑模观测器,利用观测器的输出估计与对象的实际输出进行比较生成残差,通过残差的变化进行故障检测。为了减少虚警率和漏警率,采用了自适应阈值。然后通过设计一组滑模观测器生成结构化的残差,通过残差的变化能够判断故障发生源,达到故障隔离的目的。3.基于航空发动机的平衡流形展开模型设计了一种分数阶积分滑模观测器,利用状态估计误差系统处于滑动模态时,滑模观测器的等效输出误差注入实现对故障的准确估计。与滑模观测器和积分滑模控制器的故障重构效果进行了对比。为了抑制系统不确定性对故障重构的影响,利用L2增益理论对分数阶积分滑模观测器进行了鲁棒性设计。4.综合前面故障诊断技术设计了针对航空发动机传感器故障的容错控制系统。当检测到传感器有故障发生时,通过重构得到的故障估计值修正传感器测量数据实现容错。并为容错控制系统设计了几种滑模控制器,包括滑模控制、积分滑模控制和分数阶积分滑模控制。对比分析了这几种控制器的性能。