船用双燃料发动机控制核心是转速闭环控制,而发动机是一个复杂的非线性系统,其中非线性由输出扭矩、摩擦扭矩、负载扭矩变化、延迟等多个部分组成。同时,由于天然气燃料特性,双燃料发动机的转速与过量空气系数有关,其增加了转速控制的复杂性。因此双燃料发动机的转速控制一直是急需解决且具有挑战性的问题,随着新技术的发展和需求的增加,传统控制器设计方法已不在适合。针对这一问题,本文以转速控制为核心,结合滑模控制理论,采用基于模型的控制器设计方法设计了发动机转速控制。同时,基于滑模到达原则和Lyapunov稳定性定理证明了控制器的收敛性。首先,分析了双燃料发动机的非线性因素如容积效率、有效热效率、摩擦扭矩等,基于平均值建模机理,建立面向控制器设计的机理/MAP图混合描述的双燃料发动机模型。基于一阶滑模控制理论,设计了转速闭环控制器,通过滑模到达原则证明了控制器的收敛性。理论分析了等效控制项和切换控制项对转速控制性能的影响,并通过仿真和实验验证该控制器的性能,相比传统PID控制器,该控制器能有效改善发动机的调速性能,其表现为在瞬态响应过程中稳定时间加快15%,最大超调量减少10%。其次,为了进一步提高发动机转速控制性能,本文研究基于模型的空燃比控制方案。基于气体流动机理,对进气过程进行建模,其中包括发动机进气流量模型、进气歧管模型、节气门流动模型等。舍去了传统的空燃比传感器,而是基于进气歧管的压力和温度,实时在线地对发动机进气流量进行计算。建立发动机进气状态反馈方程,设计空燃比闭环控制器,结合节气门位置控制器,构成双闭环控制系统。仿真和实验验证了该控制系统具有良好的跟踪性能和实时性。然后,为了提高电子节气门的控制性能,本文建立了非线性节气门数学模型,分析了影响节气门系统的非线性因素如:摩擦、回置弹簧力、参数的不确定性等。针对这些非线性因素,结合高阶滑模理论,设计节气门鲁棒控制器,并求解了控制器的收敛区间。研究了控制参数对其控制性能的影响,结果表明固定参数难以平衡控制精度和响应速度之间的矛盾。针对这一问题设计了基于Lyapunov的自适应增益算法和基于在线过零检测自适应算法。理论求解了上述两种自适应算法的稳定条件和稳态收敛区间,并通过仿真和实验比较了两种算法的控制性能。