本文针对某型涡扇航空发动机在气路部件故障情况下,研究其在整个飞行包线内的容错控制方法。最终实现整个闭环控制系统在线的故障诊断和性能恢复,在保证发动机稳定安全工作的基础上减少发动机推力以及喘振裕度等性能损失。基于容积动力学发动机部件级模型,研究建立状态空间模型和提高线性化模型精度的方法。选取容腔中不同的热力学参数作为状态量建立状态空间模型,并分析不同数量和不同类型的状态量组合对于线性化精度的影响。在稳态基点线性化模型的基础上建立了慢车到最大状态的大范围小偏差模型,得到了较高的模型精度。针对航空发动机线性二次型高斯/回路传递恢复(LQG/LTR)多变量鲁棒控制中需要手动选取设计参数的问题,提出基于量子行为粒子群优化算法(QPSO)的LQG/LTR控制器设计方法。根据目标回路与实际开环回路的奇异值曲线自动优化可调参数q,获得控制器各设计参数。该设计方法降低了传统手动调试的盲目性,具有良好的控制性能。考虑外物吸入、机械断裂,或者发动机性能蜕化量达到一定程度时,可能引发的气路部件故障,对易发生故障的高压转子部件根据效率和流量的下降程度划分为高、中、低三个故障等级,提出离线设计性能恢复插值表并用于在线插值的方法对推力和喘振裕度进行恢复。对于高等故障采用QPSO算法计算发动机控制参数的调整值,对于中等及低等故障则利用近似函数求解,完成离线性能恢复插值表的设计。在此基础上,设计基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的故障诊断模块,以及将控制调整量转换为指令调整量的非线性转换模块。最终构建发动机闭环容错控制系统,实现发动机高压转速系统故障情况下的在线性能恢复,仿真表明该容错控制可以有效减少故障后发动机推力以及喘振裕度的损失。