航空发动机作为一类强非线性系统,工作在不同进口条件与状态时的动态特性差异大,为获得良好的控制性能常常采用增益调度控制方法。传统的PI增益调度控制方法是通过试凑法得出,求解耗时长且会导致控制器切换不连续,难以满足高性能、高精度控制器的设计理念要求。T-S模糊系统是由多个子系统通过模糊推理构成的全局系统,其独有的分段线性特点十分适合诸如发动机、导弹、飞行器这类动态特性变化大的非线性对象。为此,本文以涡扇发动机为对象,基于T-S模糊系统开展其模糊建模与多变量控制方法研究。建立以高度、马赫数、高压转子转速为边界的飞行包线,采用主导极点来描述发动机的动态特性,通过流形聚类算法与Kernel-FCM算法相结合的二次聚类算法对动态特性进行聚类,使用混合F统计量来确定分类数目,计算出聚类中心。在聚类中心基础上,采用带有稳定性约束的求解方法辨识出T-S模糊模型的后件变量,结合隶属度,构造保证全局稳定的涡扇发动机T-S模糊模型。通过在全包线范围内与涡扇发动机非线性模型进行比对,表明所建立的模型具有较高的精度。结合所设计的T-S模糊模型,提出多层级鲁棒模糊控制器框架,针对系统标称部分,通过构造非二次型Lyapunov函数,设计non-PDC形式的标称控制器保证系统基线性能;将发动机系统的噪声、扰动以及动态特性变化视为不确定性系统,针对不确定性,采用Leitamnn思想,估计不确定性范数上界设计相应的不确定性鲁棒补偿器,与标称控制器共同构成了多层级模糊鲁棒控制器,仿真结果表明其具有良好的控制品质。针对涡扇发动机系统不确定性并简化不确定性控制系统结构,利用二型模糊系统能够处理部分不确定性的鲁棒特点,提出了涡扇发动机区间二型模糊系统构架,结合所计算出的聚类中心,重新给定上下隶属度函数,构建涡扇发动机区间二型模糊系统。同时针对涡扇发动机在飞行指令急剧变化所带来的控制量超界等问题,设计含有控制量约束在内的多目标区间二型模糊控制系统,仿真结果表明在发动机飞行指令发生急剧变化时,所设计的二型模糊控制器可以有效地限制控制量并保证良好的控制效果。搭建涡扇发动机硬件在回路仿真系统,针对所设计的多层级鲁棒模糊控制器,在数字仿真结果的基础上,将所设计的控制器在硬件在回路平台上进行试验,分析与数字仿真结果的差异性,测试该控制方法的实用性。