为了实现可应用的长时间高超声速飞行,必须研制与之配套的高超声速动力系统。作为高超声速飞行器的最佳动力装置,当前各军事大国都将研制超燃冲压发动机定位为国家目标,并竞相开展了多项研究计划和试验。控制系统是超燃冲压发动机的一项关键技术,控制系统设计的如何将决定着发动机性能与安全可靠性的好坏,作为一种新型发动机,目前还没有形成系统和成熟的可应用控制方法。本文针对超燃冲压发动机控制中存在的快速响应与安全性之间矛盾问题,系统地进行了考虑安全限制因素的超燃冲压发动机调节/保护无扰切换控制理论和实验研究。　　首先,开展了超燃冲压发动机一维建模研究。为了刻画超声速燃烧的主要特征,揭示出起控制作用的物理过程,采用机理建模、数值计算等步骤和方法建立了超燃冲压发动机燃烧室一维稳态模型。基于稳态模型,特性分析了隔离段反压变化对进气道工作状态的影响。确立了以燃烧室扩张段壁面压力分布曲线估计发动机推力的表征方式。结合超燃冲压发动机动态特性分析给出了可作为多变量控制研究对象的发动机模型。提出了超燃冲压发动机控制总体结构,分析了发动机切换控制问题解决的技术要点。控制模型和问题结构为本文提供了研究基础。　　其次,开展了超燃冲压发动机调节/保护切换控制方法研究。从理论研究的需要出发,针对考虑安全边界限制的超燃冲压发动机多回路无扰切换控制问题,在切换控制系统框架内,给出了一种面向多变量系统基于优化控制的无扰切换策略。描述了基于优化控制的无扰切换设计原理,给出了无扰切换补偿器设计方法。分析了无扰切换下切换系统的稳定性,采用平均驻留时间方法给出了切换系统稳定性判定的充分条件和切换律设计。最后仿真部分,给出了包括与文献方法对比分析和应用于超燃冲压发动机模型的两个设计算例,通过仿真表明所提出方法提高了控制器输出误差的收敛精度和速度,适用于稳态和动态切换,拓展了应用范围。　　再次,继续在切换控制系统框架内,针对具有参数不确定性和外部扰动影响的被控模型,进一步研究了鲁棒无扰切换问题,给出了两种面向多变量系统基于模型匹配控制的鲁棒无扰切换策略。描述了基于模型匹配的无扰切换设计原理,定义了离线控制器的在线参考模型和模型匹配的误差方程。综合利用精确模型匹配、线性矩阵不等式和极点配置等理论方法给出了一种具有L1范数性能的鲁棒无扰切换补偿器参数化设计方法。综合利用自适应和滑模控制理论,提出了一种基于等效控制律的自适应滑模鲁棒无扰切换补偿器设计方法。利用共同Lyapunov函数法分析了切换闭环系统的稳定性。通过超燃冲压发动机模型应用算例均对两种方法进行了有效性和可行性验证,通过仿真表明所提出方法对模型不确定性和扰动影响具有良好的鲁棒性,并同时具有高水平的控制器输出误差的收敛精度和速度。　　最后,开展了超燃冲压发动机调节/保护切换控制系统的实验研究。提出了基于无扰规则的发动机调节/保护控制方案,给出了实验目的和主要内容,介绍了超燃冲压发动机控制实验台。在实验部分,首先进行了发动机单功能回路控制实验。确立了台架实验控制模型;进行了单回路控制器参数设计发动机实验。然后,进行了发动机双回路切换逻辑研究。给出了切换控制逻辑,设计了无扰切换补偿器参数,并通过发动机半实物实验进行了验证。最后,进行了发动机推力调节/进气道保护双回路切换控制实验。双回路切换控制台架实验证实了所提出切换控制方案的有效性和可行性。实验结果表明,采用所提出无扰切换控制方法可使发动机遇危险时快速切换到保护回路,且切换过程平滑和发动机性能过渡平稳。在发动机安全预警时,可使发动机始终处于起动状态,安全性不进一步恶化并获得最大的性能。