大型汽轮机机组是关系到国家经济建设的关键动力设备，准确地对汽轮机转子损伤评估研究具有重要的理论意义与工程价值。汽轮机转子损伤的产生与发展，不仅与工艺设备本身的质量、材料性能、运行工况有关系，而且还受到控制器控制性能的影响。本文工作致力于大型汽轮机转子低周疲劳损伤的非线性累积方法、低周疲劳损伤在线评估模型、建立以损伤为目标的控制性能评估三方面研究工作，本文创新点如下：(1)针对汽轮机转子低周疲劳损伤线性累积方法不准确的问题，本文首次提出了一种新的基于热力学熵的汽轮机转子低周疲劳损伤非线性累积方法。使用Manson Coffin等式条件和循环应力应变关系，消除了建模过程中的不可测参数。相比当前广泛使用的线性损伤累积模型，本文提出的热力学熵模型考虑了循环应力条件下的损伤累积，解决了Miner线性累积方法不准确的问题，为准确分配汽轮机转子寿命消耗提供了科学依据。(2)首次提出了基于有限元技术的损伤在线评估模型，确定了建立低周疲劳损伤在线评估模型的方法与步骤。结合数值计算法与解析法的优点，研究了热应力传递函数的灵敏性，定量分析了转子几何尺寸对于损伤数值计算结果的影响。通过国产300MW汽轮机冷态启动过程低周疲劳损伤对比计算，验证了本文所提出的基于有限元技术的低周疲劳损伤在线评估模型方法的精确性。(3)针对基于有限元技术的损伤在线评估模型需要进行对比验证的问题，本文提出基于动态偏最小二乘的汽轮机转子低周疲劳损伤预测模型，以及白噪声估计方法。消除不同变量之间以及相同变量在不同时刻的相关性，确定了最影响转子损伤发展的变量，建立了可用于监控的动态PLS模型，并且得到了以损伤为目标的控制性能评估中需要使用的白噪声。对国产300MW汽轮机机组冲转过程低周疲劳损伤实验对比验证了模型的准确性，同时为预测汽轮机转子低周疲劳损伤提供了一种新方法。(4)针对汽轮机机转子运行过程中，建立以损伤为目标的控制性能评估问题，本文采用多项式方法将转子低周疲劳损伤的非线性模型分解为动态线性部分和静态非线性部分，有效地降低了模型复杂度。以国产300WM汽轮机机组冲转过程数据构建多项式模型并建立评估基准，结果显示，性能指标与变化参数呈现非线性关系。本文工作为建立以汽轮机转子低周疲劳损伤为目标的控制性能评估提供了一种新方法。