航空发动机技术是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。由于航空发动机的动态具有高度非线性,并且运行在充满限制且不确定的环境中,使得航空发动机的建模和控制具有极大的复杂性。此外,目前还没有一个精度很高的模型来描述航空发动机在大范围内的运行特性,而且对模型精度没有一种统一且有效的衡量标准,这给航空发动机控制系统设计带来了很大的困难和挑战。切换控制系统的理论和方法对于处理具有多模态特性的复杂控制系统的分析和设计问题具有独特的优势,它可将一个复杂的问题分解为若干个简单的问题同时通过设计适当的切换律来进行处理。因此,基于切换系统理论对航空发动机进行建模与控制是一种有效的方法。本文针对航空双轴涡扇发动机研究了切换系统建模、转速调节切换控制、温度保护切换控制和无扰切换控制等问题,主要工作包括以下几个方面:（一）为了提高平衡流形展开（EME）模型的精度,建立了切换EME模型并设计了基于事件驱动的转速调节切换控制器。首先,选取不同的映射方式得到了不同的EME模型,然后,将EME模型的状态导数与非线性部件级（NCL）模型的状态导数之间的偏差作为衡量EME模型精度的指标,通过将该指标最小化来得到切换律,进而建立了切换EME模型。可以看出,该切换律是基于所构造的指标设计的,这一点不同于传统切换律的设计。此外,利用输入输出线性化方法设计了状态反馈子控制器。同时,给出了闭环切换系统在任意切换下具有渐近稳定性的充分条件。进一步,为了提高闭环系统的转速调节性能,设计了一个基于事件驱动的转速调节切换控制器。（二）为了扩大切换EME模型的适用范围,建立了多重切换EME模型,并基于改进的LQR方法设计了转速调节切换EME控制器。首先,考虑航空发动机在不同工作模态下的动态差异,建立了与每个工作模态相对应的切换EME模型。然后,设计了一个用于确定航空发动机所在工作模态的监督器。这使得建立的多重切换EME模型为一个双层切换模型,上层为不同工作模态之间的切换,下层为单个工作模态内部不同EME模型的切换。进一步,为了提高控制系统的鲁棒性,基于改进的LQR方法设计了转速调节切换EME控制器。同时,给出了闭环切换系统在任意切换下具有渐近稳定性的充分条件。（三）考虑运行的安全性,设计了温度保护切换控制器。首先,为了使输出温度沿着安全边界运行,对于所有子系统设计了一个共同的滑模面。同时,给出了子控制器参数需要满足的条件,进而得到了基于滑模控制方法的温度保护切换控制器。此外,给出了该滑模动态具有渐近稳定性的充分条件。然后,考虑滑模控制在实际运行中可能会发生抖振,为了使输出温度按照理想的动态退出安全边界并一直保持在安全边界内,设计了基于参考动态方法的温度保护切换控制器。同时,给出了该控制器可以使系统状态趋近于目标平衡点的充分条件,进而降低了需要设计由温度保护控制器切回到转速调节控制器的复杂性,以及避免了由于温度保护控制器在不良状态点切出所导致的系统输出再次发生超温的危险。（四）针对切换系统设计了无扰切换控制器,并应用于航空发动机控制系统。首先,考虑切换系统的控制输入在切换时刻产生的跳变可能对系统性能造成严重的影响,提出了一个可以平滑切换控制输入信号的控制结构和一个用于补偿与原控制输入信号之间偏差的补偿器,进而得到了无扰切换控制器。然后,分别给出了切换线性系统和切换非线性系统具有无扰切换性能保持的渐近稳定性充分条件。同时,验证了提出的无扰切换控制策略具有可恢复性,即当系统不发生切换时,该无扰切换控制器与原控制器完全相同;以及有效性,即当系统发生切换时,控制输入信号依然是连续的,并且与原切换控制输入信号之间没有稳态误差。最后是本文的总结以及展望。