近年来,随着现代工业技术的迅猛发展,航空发动机作为装备制造业技术水平最高的产品,一直备受工业界和学术界的广泛关注。航空发动机固有的强非线性、不确定性、时变性等特性对控制器设计提出的要求非常苛刻,导致现有产品均采用较为保守的增益调度PID控制器,牺牲了部分控制性能,降低了经济效益。因此,为提升发动机的控制性能,本课题开展基于模型参考自适应的多变量鲁棒自适应控制器的研究,并结合硬件在环仿真试验,为实际工程应用提供可行性与实时性验证。本课题主要工作如下:(1)研究航空发动机控制系统中的非线性数学模型、执行机构模型、参考模型的建模技术,其中非线性数学模型是以双转子涡扇发动机为被控对象,它是通过基于容积动力学、气体动力学、热力学与转子动力学构建联合方程组的方法进行建模,同时分析模型计算过程中经常出现NaN错误的原因,并给出解决方案;建立执行机构的简化模型;并选择与推力相关程度最高且耦合度最小的高压转子转速和涡轮落压比作为被控变量,建立增量式线性化的参考模型以用于控制器设计。(2)设计一套通用的多变量控制器方案,包含起动开环控制器、无扰切换控制器、执行机构控制器和主控制器,其中无扰切换控制器通过共同积分器将主控制器巧妙地转换为增量式控制器,避免在控制器切换时刻系统产生突变;执行机构控制器引入抗积分饱和策略,有效地防止控制器输出陷入饱和区;主控制器采用带死区和射影算子修正的增广线性二次高斯控制的模型参考自适应控制器,能有效地提高系统的鲁棒性和自适应性,并引入针对开环稳定受限系统的抗饱和控制器,避免模型因输入受限而出现的滞后时间延长、超调量增大等不良现象。(3)开展纯数值仿真试验,首先通过系统辨识方法得到参考模型参数;然后按照调参顺序依次整定出控制器具体系数;最后分别在标称状态、控制增益拉偏、含参数不确定性和多工况点试验这四种情况下进行仿真试验,仿真结果表明本课题所述多变量控制器具有良好的鲁棒性与自适应性,可以有效地提高发动机的控制性能。(4)进行硬件在环试验,在分析硬件在环系统需求的基础上详细介绍该系统的软、硬件设计方案,其中硬件部分为模型提供实时环境,同时为控制器提供输入、输出接口信号;软件部分是基于模型的开发方式,并在原控制器工程的基础上做二次开发;最后通过对硬件在环试验结果的分析,充分验证硬件在环系统的有效性和本课题控制器的实时性与在工程应用的可行性。