碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机在长时间宽马赫工作过程中，控制系统必须时刻快速调整发动机的工作状态，以适应复杂的飞行任务，如加速、巡航、突防等。因此控制系统既要承担起改变发动机内部流动燃烧状态、控制发动机推力和施加保护控制的任务，又要具备快速响应性、良好的鲁棒性和稳定性，防止超温、不起动等，是一个多目标控制问题。针对再生冷却过程给发动机带来的特殊的超温问题、慢的动态响应问题以及模态转换问题，如何合理调节不同喷注位置的燃油量，保证发动机推力需求，实现安全高效运行至关重要。因此本文开展了如下几方面的研究工作：
　　从控制系统研究的视角指出亟需一种能体现碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机分布参数特性的非稳态快速仿真计算模型。考虑燃气与壁面的热对流、壁面的热传导、壁面与冷却剂的热对流以及冷却剂的流动过程，建立了再生冷却计算模块。基于非定常准一维欧拉方程，建立了碳氢燃料超燃冲压发动机燃烧室计算模块。将再生冷却模块与燃烧室模块通过边界条件联结在一起，并采用C与Matlab混合编程，在Simulink平台上搭建了流动—燃烧—传热多过程耦合的一维快速仿真模型，通过非稳态与稳态计算仿真验证了一维耦合模型能够以较低的计算成本得到满足控制系统研究所需精度的碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机一维参数分布。
　　针对碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机在全工况飞行过程中“越飞越快越超温”的现象，提出了解决再生冷却过程引发特殊的超温问题的控制方法。开展了碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机温度特性研究，分析了再生冷却作用下温度超调特性，针对碳氢燃料再生冷却与无冷却超燃冲压发动机开展了燃油分配比例对油温的影响规律研究，进行了不起动与超温限制下的两种发动机安全工作区域对比。此外针对不同燃烧室构型对温度特性的影响开展了相关研究，并对局部超温问题和超温监测量选取问题进行详细阐述。开展了碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机温度控制方法研究，包括贴近超温边界时温度保护控制方法、越过超温边界时超温恢复控制方法，并对高马赫数下推力—热载荷不平衡问题，通过调节燃油分配比例提高了可达到的最大飞行马赫数，但飞行过程中仍然无法找到平衡点，提出用大量燃油对发动机进行冷却、将过量冷却燃油抛弃的方案。
　　针对再生冷却过程导致超燃冲压发动机动态响应慢的问题，开展了对推力与稳定裕度控制方法的研究。在保证安全运行的前提下，探究如何分配各喷油位置的燃油当量比以保证最大推力，揭示了碳氢燃料再生冷却与无冷却超燃冲压发动机推力与稳定裕度特性的差异性，通过非稳态仿真计算开展了两种发动机动态响应特性分析。开展了对碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机推力与稳定裕度不同控制策略下控制效果的讨论，并在推力与稳定裕度保护切换控制下分析了再生冷却给切换转换点带来的特殊性问题，提出了新的切换控制策略既能保证发动机安全又能最大程度挖掘性能潜力。
　　针对燃烧模态转换过程中的突变与滞环现象，开展了碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机燃烧模态转换控制方法研究。为探索再生冷却给燃烧模态转换带来的特殊性，进行了不同飞行马赫数、燃油不同分配比例下的仿真，从控制角度分析了再生冷却作用下突变特性、滞环特性与燃烧模态转换路径的差异性。开展了基于再生冷却的燃烧模态转换控制方法研究，针对小滞环与大滞环情形下燃烧模态转换过程进行了不同控制方案的仿真，发现通过合理选择控制方法，可以保证发动机在燃烧模态转换过程中平稳过渡，最后提出了燃烧模态转换控制的指导性方案。
　　针对碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机安全高性能需求下的多目标控制问题，开展了多目标控制方法研究。建立了包括推力控制、温度保护控制、超温恢复控制、稳定裕度保护控制与再起动恢复控制的多回路协调控制系统，在定工况下进行了定控制器参数的多回路协调控制系统验证，以及宽工况基于增益调度的变控制器参数多回路协调控制系统仿真。此外，将发动机抽象成两输入—两输出的线性系统，选定输入变量为第一、二级燃油当量比，输出变量为推力与冷却通道出口油温，开展了基于温度与推力的多变量控制系统设计与系统仿真，实现了推力与油温的同时双重控制，展现了多变量控制在解决不同控制变量或控制目标耦合问题方面上具有明显的优势，保证了发动机安全高性能工作。