制导与控制系统是高超声速飞行器的重要组成部分,是飞行器可以精准拦截/跟踪目标核心技术之一。随着航空航天技术的发展,目标有了更高的机动性和反侦察性,并且飞行器所处的飞行环境也更加复杂,因此对飞行器控制系统的设计的要求更高。本文针对飞行器在不同空域中或者目标存在强机动时的问题,提出合理的制导与控制一体化控制方法,实现精确跟踪。本论文主要内容如下:首先,建立不同情况下的高超声速飞行器制导与控制一体化数学模型。介绍了飞行器和目标运动过程中常用的坐标系及其之间的转换关系,分析了飞行器运动过程中的相关方程并结合飞行器与目标之间相对运动方程,1)建立气动力控制下飞行器一体化数学模型;2)对于飞行器在临近空间中飞行,引入由脉冲发动机产生的直接力控制,再分析直接力下飞行器的运动并结合之前的运动方程,得到直接力控制下的一体化模型;3)对于目标存在强机动时,采用直接力/气动力复合控制,建立出复合控制下的一体化模型。其次,针对不同执行装置情况下的一体化模型分别设计一体化控制律。根据仅有气动力作用下的一体化模型,采用动态面方法,考虑模型中存在的不确定性和外界扰动,设计自适应律进行在线补偿,得到自适应动态面一体化控制律,并证明了算法的有效性。根据仅有直接力作用下的一体化模型,考虑建模不确定、外界扰动和进入临近空间后出现的不确定设计出所需的自适应动态面控制律,然后通过整数规划的方法设计脉冲发动机的点火逻辑以实现所需控制力,最后结合量化技术和Lyapunov理论分析该控制律的有效性。数值仿真均表明所提的两种控制方法可实现目标精确拦截。再次,根据直接力/气动力复合控制模型,首先设计出复合控制所需的自适应动态面一体化控制律,然后根据优化的控制权分配直接力和气动力控制部分,通过整数规划设计直接力控制部分。理论分析和数值仿真表明在目标存在强机动情况下采用复合控制方法优于气动力装置单独作用的控制性能。进一步,当气动舵面出现有效性损失故障时,根据复合控制模型设计期望性能所需的自适应动态面控制律,然后设计故障检测算法并对执行器故障进行在线估计,设计合理的容错控制分配方法,通过分配直接力对气动力进行容错补偿。理论分析和数值仿真表明该容错控制设计的必要性和有效性。最后,对全文内容进行了总结并展望了未来需要改进并研究的方向。图28幅,表1个,参考文献64篇。