我国地理环境复杂多样,山地和高原地形在国土面积中占有很大的比例,高原地区车用柴油机进气状况的恶化极大的影响了其性能的发挥。近年来,工程运输、国防装备都对提升柴油机的变海拔适应性能提出了客观要求。二级增压系统一方面可以保证柴油机在高原环境下具有较高的增压压比,改善高原地区柴油机进气状态恶化的状况;另一方面,由于高压级涡轮旁通阀的调节作用,二级增压系统的压比可以根据工况变化进行调节,从而可以满足不同工况下的增压压力需求。二级增压系统在提升柴油机变海拔适应性能方面取得了良好的效果。本文以二级增压柴油机系统为研究对象,以提升柴油机变海拔下性能为目标,进行了变海拔下柴油机二级增压系统的控制方法研究。对二级增压柴油机开展了详细的动态建模及相关参数影响规律研究。从研究对象的动态特性出发,搭建了二级增压柴油机动态仿真模型并通过实验数据进行了模型校核。通过系统稳态过程仿真分析了高压级涡轮旁通阀开度、喷油提前角和循环喷油量对柴油机关键性能指标参数的影响规律,并通过典型动态工况仿真分析了影响二级增压柴油机系统增压压力的关键因素（旁通阀开度和循环喷油量）。为后续稳态控制参数匹配、可调执行机构控制和增压压力的控制的研究工作奠定基础。以提升柴油机不同海拔下的平均有效输出功率为目标,提出一种基于模糊P调节器的模糊优化算法。首先在柴油机外特性运行区域,实现二级增压系统稳态过程控制参数（涡轮旁通阀的开度）与供油参数（循环喷油量和喷油提前角）的优化匹配。根据各海拔外特性的优化结果进行台架试验,试验结果表明,4500m额定点的柴油机功率为266k W,达到平原功率的80.6%,证明了优化算法的有效性。其次在部分负荷区域,通过仿真分析不同涡轮旁通阀开度对柴油机功率的影响,优选出部分负荷的最优旁通阀开度和最优增压压力。最后采用线性插值的方式获取全工况下最优的旁通阀开度和增压压力脉谱图,分别作为二级增压系统增压压力开环控制的输出和闭环控制的控制目标。针对二级增压系统可调执行机构的控制展开研究。首先搭建了二级增压系统可调执行机构试验台架,对气体压力调节电磁阀的动态特性展开试验研究,获得了气体压力调节电磁阀输入输出变参数传递函数关系式;其次基于传递函数建立了气体压力调节阀、气动执行器和整个可调执行机构的动态系统模型;然后针对传统PID（Proportion Integral Differential）方法解决变参数问题时在控制性能和鲁棒稳定性方面存在的不足,同时考虑排气等非线性干扰因素及系统结构参数的不确定性,采用线性变参数混合H₂/H_∞输出反馈控制器设计方法进行了可调执行机构控制器的设计;最终通过柴油机典型工况仿真对可调执行机构控制算法进行了验证。针对二级增压系统的增压压力闭环控制算法设计展开研究。针对循环喷油量剧烈变化带来的增压压力超调问题,选取稳态优化得出的增压压力脉谱图作为控制目标,设计了两种增压压力闭环控制算法。首先在原有基于增益调度的增压压力PI控制算法基础上,建立了动态过程循环喷油量变化对比例增益和积分增益的影响关系式,设计了基于动态修正与增益调度的增压压力PI控制算法,仿真结果表明,对比基于增益调度的PI控制算法,改进的动态修正算法使柴油机定负载加速过程中增压压力的超调量降低了56%;其次设计了基于外部回归神经网络的增压压力预测控制算法,通过不同海拔下的动态工况参数辨识获取神经网络的训练数据,基于带有输入和输出延迟的回归网络建立了具有变海拔预测能力的增压压力动态预测模型,采用牛顿-拉夫森迭代法进行目标函数解算,并对预测控制算法的误差稳定性进行了推导,仿真结果表明,对比基于增益调度的PI控制算法,预测控制算法使柴油机定负载加速过程中增压压力的超调量降低了33%,有效地解决了PID控制器在解决增压压力控制这一多输入单输出控制问题时存在的不足,并降低了控制器设计过程的标定量。