涡扇发动机在民用航空和军事工业中有着广泛的应用,是国家综合国力的重要体现。由于涡扇发动机工作环境恶劣、结构复杂且可靠性要求高,需要设计先进控制系统满足其性能与安全的要求。本文依托“XXX鲁棒范围优化研究”项目,针对某型涡扇发动机,开展基于自抗扰控制（Active Disturbance Rejection Control,ADRC）的发动机多变量控制系统设计研究。主要研究内容包括:针对涡扇发动机的稳态控制器设计问题,首先通过系统辨识的方法建立涡扇发动机的转速控制稳态线性模型,设计了基于自抗扰的稳态转速控制系统。仿真结果表明,在涡扇发动机的性能退化状态下,基于自抗扰技术的稳态控制器的控制效果明显优于传统航空发动机控制器。针对涡扇发动机的过渡态控制器设计问题,首先建立基于增益调度PID和MIN-MAX控制逻辑相结合的经典涡扇发动机过渡态转速控制系统,分析了经典控制方法存在过渡态控制精度下降的问题。为了兼顾涡扇发动机过渡态控制性能和稳态控制性能,本文提出了基于b₀增益调度的自抗扰控制器。仿真结果表明,所提方法既保证了涡扇发动机的过渡态控制效果,又能提高稳态控制的控制精度。针对涡扇发动机多变量控制器设计问题,本文首先分析涡扇发动机的控制目标和涡扇发动机的各组性能参数的效果,选择尾喷管面积和落压比作为第二组控制变量。然后,通过研究涡扇发动机不同转速下落压比对推力的影响,确定涡扇发动机落压比优化控制轨线,并使用粒子群算法对控制器参数进行优化。最后,通过基于数字电子控制器的硬件在回路仿真平台,对所提方法进行了实时性和准确性验证。试验结果表明,所提方法可以实现更加稳定的转速控制和落压比控制,有助于提高涡扇发动机推力的稳定性,具有很强的工程应用价值。