固体冲压发动机作为超声速飞行器的优选动力装置,具有高比冲、长航程、轻质量、紧凑结构和方便贮存等优点。随着固体冲压发动机技术的不断发展,控制系统设计已成为发动机性能提升的关键因素。本文开展了可变流量固体冲压发动机控制系统的研究工作,进行了固体冲压发动机的工程应用探索,围绕发动机系统重要组件研究了健康建模与仿真关键技术。主要研究工作如下:首先,以某型固冲发动机为研究对象,进行了燃气发生器、流量调节电机和流量调节装置等关键组件的建模和响应特性分析。针对燃气发生器经典动态模型响应与试验数据的差异,开展了参数偏差项的关联性分析,将偏差近似等效到自由容积修正参数中,给出了虚拟自由容积修正模型的一般形式。基于大量试验数据,得到了最优的修正参数,并进行偏差产生物理机理的定性分析。其次,针对固体冲压发动机的控制特性展开了细致研究。基于试验数据对流量调节装置的负载特性进行了深入探索,揭示了负载特性与燃气发生器压强和阀门冲击面积间的内在耦合关系。开展了基于Stribeck摩擦理论的流量调节装置负载建模方法研究,由于流量调节装置无法提供Stribeck模型参数辨识所需的低速匀速激励环境,故采用遗传算法,开展了基于转动动力学一般形式的多参数动态辨识方法研究,并通过仿真验证了该方法的可行性与有效性。进一步,结合试验手段,探索了流量调节装置的机械间隙特性,采用迟滞模型开展了间隙精细化建模研究,分析了间隙特性对发动机控制系统的消极影响。针对固冲发动机系统的线性模型中的特性参数,进行了工作压强和自由容积的影响分析,研究了变参数条件下的控制特性。通过试验现象,总结了燃气流量的负调特性,并分析了负调产生的原因和负调对发动机控制系统设计的影响。再次,开展了固冲发动机控制方法的研究,构建了发动机控制系统的总体设计框架。针对负调约束和间隙特性,进行了压强控制回路的标称控制律的研究;完成了基于工作压强和自由容积的RBF-BP变参数控制器设计,在保障控制系统稳定性同时,有效提升了参数变化情况下系统的控制品质;为从根本上解决间隙对发动机控制的影响,同时应对发动机间隙补偿控制所面临的可用信息少和间隙状态不确定的两大挑战,提出了基于触底状态观测的自适应间隙补偿控制方法。接下来,展开了面向固冲发动机控制系统的健康建模与健康仿真研究。分析了流量调节装置烧蚀和沉积的问题,采用特征时间方法构建了沉积积累模型和沉积坍塌模型,并通过健康仿真,复现了发动机试验过程中的沉积现象,分析了阀门构型改变的健康模式对系统特性的影响。进一步,分析了压强测量管路阻塞问题,基于固定体积容腔的充气/放气过程,构建了管路阻塞的健康模型。进行了不同管路阻塞程度对压强测量响应的健康仿真研究,复现了发动机试验过程中的管路阻塞现象,验证了健康建模的可信度。针对固冲发动机长期贮存的需求,分析了由于组件老化所带来的推进剂参数偏移和传感器测量零点漂移的健康问题,以及上述老化问题对发动机控制系统的影响。最后,为有针对性的开展固冲发动机控制系统的试验与评估,设计了发动机控制系统的半实物仿真平台。该平台可以将发动机控制系统的关键组件纳入到仿真控制回路中,并可灵活配置健康参数和模型参数。基于该平台,开展了多工况条件下的仿真试验,并验证了发动机控制系统的自适应性和鲁棒性。