2.4米暂冲式跨声速风洞是我国目前唯一可以测试大型飞行器模型跨声速空气动力学特性的地面模拟平台。它在我国新型飞行器（如C919、运20等）的研制过程中发挥着无可替代的作用。2.4米风洞使用稳定的高速流场模拟飞行环境,其流场精度直接影响到飞行器的研制水平和技术性能。风洞系统结构十分复杂,涉及到气体的三维流动,具有非线性、多变量耦合等特点,使得建立准确的风洞模型较为困难。受到理论方法、实验条件等限制,已有的风洞控制系统一直使用以无模型PID为主的控制策略。这使得试验段流场的控制精度较低、调节时间较长,无法满足新型飞行器研制的试验要求。从实际需求出发,有必要开展符合跨声速风洞系统特点的建模与先进控制方法研究,进而实现风洞流场的高精度、快速调节。这对于提升我国大型跨声速风洞的试验能力及减少风洞试验的能耗具有重要意义。本文以实现跨声速风洞流场高精度建模及控制为目标,首先详细分析了跨声速风洞运行机理和试验特点,然后在兼顾控制系统调试成本和风洞设备的安全性的基础上,开展了风洞系统建模、仿真与先进控制策略研究。本文的主要研究工作归纳如下:（1）构建新的风洞流场控制结构。新的控制结构以主排气阀和栅指作为控制量、以总压和静压作为被控量,马赫数通过总压和静压被间接控制。这种控制结构避免了马赫数与总压和静压之间的非线性影响,有利于实现试验段流场的精确控制。（2）研究先进的风洞系统建模与辨识方法,搭建了用于先进控制策略研究的仿真试验平台。1)针对没有运行数据的新风洞试验工况,提出基于多变量阶跃响应风洞系统建模方法,采用面积法辨识各通道模型参数,并基于均方根误差（RMSE）最小准则实现各个通道传递函数模型最佳阶次的确定。得到的模型可用于模拟新的风洞试验工况的流场特性,所建立的模型可有效降低新工况的调试成本;2)针对已有大量历史数据的风洞试验的典型工况,提出考虑执行机构非线性特性的风洞系统块状结构模型。将主排气阀和栅指机构作为独立的块状结构,分别采用带有死区输入的Hammerstein模型（H模型）描述其动态特性。再对风洞流场建立两输入两输出（TITO）耦合动态线性模型。最终,将风洞系统表示为由两个H子模型与动态线性模型串联组成的非线性多变量模型。采用ARLS法辨识非线性块的模型参数,采用FFRLS法辨识线性风洞流场模型参数。风洞试验表明提出的模型具有较高的预测精度和较好的实时性,能真实地反映风洞系统的动态特性,该模型可高精度地模拟典型工况下的风洞;3)搭建风洞系统仿真试验平台。仿真平台的高精度模拟风洞系统由所建的各个工况下的风洞流场模型构成。先基于平台以模拟风洞为被控对象开展先进控制策略研究,再对控制器进行实际风洞的调试和优化,降低了控制器的调试成本,保障了风洞设备的安全。（3）针对不同的风洞试验工况,提出基于非最小状态空间（NMSS）模型的预见控制及多模型预见控制策略。1)针对基于非线性块状模型的控制器在线计算困难的问题,提出面向控制的稳定流场NMSS模型。采用稳定的加权递推最小二乘法（StableWRLS）算法辨识模型参数,保证了模型的稳定性。NMSS模型中所有的状态变量均为风洞运行数据,避免了复杂的状态观测器的设计,便于最优控制等先进控制算法在风洞系统的工程化应用。2)针对变攻角试验工况,设计了面向飞行器姿态变化的风洞流场预见控制器,可有效抑制攻角变化对流场的扰动,实现流场的高精度、快速调节;3)针对变马赫数试验的流场变化剧烈特点,设计了面向多工况的多模型预见控制器,可有效抑制试验过程中系统参数跳变和设定值变化对流场的影响,实现风洞流场的高精度控制和无扰切换。（4）在理论研究的基础上,开发出一套风洞流场实时最优预见控制系统。在原有风洞控制系统基础上,将PXIe-8135作为流场控制器的硬件平台与NI LabVIEW软件结合,通过LabVIEW软件编程实现最优预见控制算法及多模型最优预见控制算法在实际风洞流场控制中的工程化应用。实际风洞试验验证了风洞流场实时最优预见控制的有效性。