随着现代先进战术飞机的隐身性能和机动性能的提高,航空发动机将经受更高的畸变度,这与发动机性能要求的提高形成了尖锐的矛盾。借助于进口畸变相关稳定性控制技术研究,不仅可以缓解这一矛盾,还可以根据进口畸变条件实时调整发动机工作状态,在满足稳定性要求的同时最大限度提升发动机性能。本文围绕进口畸变下的航空发动机稳定性控制这一主题,开展含有进口畸变影响的发动机部件级建模、进口畸变下的稳定性控制规律优化、发动机线性变参数(LPV)控制算法以及稳定性控制系统设计研究。(1)研究了含有进口畸变影响的航空发动机部件级模型建立方法及LPV建模方法。以现有的部件级建模方法为基础,通过进口畸变对发动机影响的机理分析,提出了考虑进口畸变的部件特性插值及总压修正方法,建立了含有进口畸变影响的航空发动机非线性部件级模型。在建立的线性模型基础之上,通过多项式拟合的方法分别建立了传递函数形式和状态空间形式的LPV模型,为控制系统设计奠定了基础。(2)研究了发动机稳定性控制规律优化方法。针对双变量稳定性控制规律优化问题,提出了变增量线性规划(LP)优化方法。引入变增量系数,使得优化算法在优化初期增加收敛速度,在优化后期提高精度,解决了LP优化方法易陷入局部最小点等问题。对发动机优化性能的分析表明,该方法优化路径明确,获得的结果准确可靠。针对四变量稳定性控制规律优化,提出了带边界缓冲区的差分进化(DEBZ)优化方法。通过增加边界缓冲区来保留进化过程中约束边界处的个体,使得进化过程更加快速有效。该方法对求解多峰值、多维约束函数优化问题具有较快的收敛速度和较高的收敛精度,提高了航空发动机稳定性控制规律优化的准确性。优化获得的稳定性控制规律能够满足不同畸变下的限制要求,最大限度的提升推力性能。(3)提出了基于系统广义距离的多胞形鲁棒变增益控制方法。将系统广义距离用于凸分解系数求解,使得多胞模型能够更加准确的描述被控对象,从而提高控制精度。利用该方法设计的中间状态高压转速控制器要优于分区H?控制器和几何距离调度策略下的鲁棒变增益控制器。为了进一步提高LPV控制器在大工作范围内的控制效果,提出了基于状态重置的切换多胞LPV控制方法。通过状态重置切换方法实现分区设计变增益控制器,提高了控制精度并降低计算复杂性和保守性。设计了中间状态全包线内的高压转速和压比控制器,相比较多胞形鲁棒变增益控制方法,该方法更易实现,并具有更优的控制性能。(4)综合考虑航空发动机大转速范围的变化和控制器的可实现问题,提出了一种鲁棒LPV/PI控制方法。将LPV控制和PI控制结构相结合,根据传递函数模型下的鲁棒稳定条件推导闭环系统鲁棒稳定的多项式平方和(SOS)约束条件,通过求解SOS规划问题获得LPV/PI控制器。该方法不仅在理论上保证了控制器的鲁棒稳定性,还具有方法直观、可靠性高及易于实现等优点。基于SOS规划开展了增益调度控制方法研究,提出了基于公共Lyapunov函数的发动机增益调度控制方法和基于参数依赖Lyapunov函数的发动机增益调度控制方法。分别采用单Lyapunov函数和参数依赖Lyapunov函数分析控制器稳定性,给出了发动机增益调度系统鲁棒稳定的SOS约束条件,并将其用于发动机大转速范围变化时转速和压比的控制,仿真结果表明在全转速范围内均具有较好的控制效果。(5)针对基于传感器的传统控制模式和基于模型的智能控制模式,分别提出了涡扇发动机畸变容限控制方法和发动机自适应裕度控制方法。在现有发动机控制系统基础上,加入稳定性控制规律使得控制系统能够实时改变发动机控制目标以满足畸变变化的要求,从而实现涡扇发动机畸变容限控制。该控制方法对原有主控制回路影响较小,并且能够保证发动机在稳定工作的同时最大限度的提升性能。以可用裕度计算模块的输出能够跟踪上需用裕度估算模型的输出为原则,使得控制系统具有根据畸变条件调整发动机工作状态的能力,从而实现发动机自适应裕度控制。该控制系统能根据风扇裕度要求实时调整发动机工作点,充分挖掘了发动机性能潜力。