冲压发动机自发明以来被世界各国广泛运用到超声速领域,具有比冲高、结构简单,经济性高等优点。冲压发动机在世界各国的国防军事领域都有着举足轻重的地位,尤其是欧美等军事强国一直在致力于开展冲压发动机的技术研究。随着冲压发动机工作范围拓宽、飞行距离更远等需求发生改变,仅考虑燃油可调单一变量控制的冲压发动机已经无法适应新环境和新的作战需求。本文针对固定几何结构冲压发动机面临的问题,考虑引入进排气可调的结构,从控制的视角对进排气可调的冲压发动机控制规律和多变量控制方法展开研究,并搭建硬件在回路仿真测试平台对多变量控制系统和控制规律进行验证。首先,建立了面向控制的进排气可调的冲压发动机模型。通过与固定几何结构的冲压发动机对比,考虑了冲压发动机变比热的问题,采用部件级建模的思路建立了燃油当量可调、进气道喉道面积比可调和尾喷管喉道面积比可调的冲压发动机模型以及执行机构模型。同时,还在模型中定义了发动机的安全裕度和推力性能并将其引入后续冲压发动机多入多出的控制研究中。其次,对进排气可调的冲压发动机的特性和调节规律展开了研究。在发动机安全边界内分析了燃油当量比、进气道喉道面积比和尾喷管喉道面积比单变量和多变量比对发动机推力和进气道裕度的影响,得到了发动机推力和进气道裕度的特性变化曲线和执行机构动态响应曲线。对进气道喉道面积比可调和尾喷管喉道面积比可调的冲压发动机进行了收益分析,仿真结果表明,引入几何可调结构后可以提高发动机推力和改善进气道裕度。对多变量共同作用的调节规律和安全边界进行分析研究,得到了发动机多变量作用时运行曲线,提出了多变量下的最大推力运行规律和最省燃油运行规律并在开环控制中得到了验证,为后续冲压发动机多变量闭环控制研究提供了基础。再次,开展进排气可调的冲压发动机多变量控制研究。采用状态变量线性模型对进排气可调的冲压发动机进行描述,对发动机模型进行了系统辨识,得到了多入多出的冲压发动机状态空间表达。以发动机推力控制和稳定裕度控制为目标,基于混合灵敏度H∞控制方法设计了两入两出和三入两出多变量控制器,对多变量控制器进行了系统性能分析和鲁棒性分析,通过分析,多入多出的控制器均满足设计要求。设计了两入两出和三入两出的冲压发动机多变量控制系统,在不同的马赫数工况下对发动机多变量控制规律进行了仿真分析,仿真结果表明,多入多出控制系统均能够较好地跟踪推力和裕度控制指令。对冲压发动机进行工作任务设计及仿真,结果表明,多入多出系统的控制效果能够在宽范围内满足发动机工作任务需求。最后,对进排气可调的冲压发动机多变量控制开展硬件在回路仿真研究。基于NI Veri Stand和数字仿真软件联合仿真的测试平台,设计了进排气可调的冲压发动机硬件在回路仿真测试方案,对仿真平台软件和硬件资源进行配置,搭建了仿真测试的软件环境和硬件实验台。之后,在硬件在回路仿真测试平台中,对分别对两入两出和三入两出的冲压发动机多变量控制器效果和控制规律进行了仿真验证。实验结果表明,多变量控制器效果在不同的马赫数工况下具有良好的控制效果,多入多出的控制系统均能实现等推力控制和等进气道裕度控制。