近年来许多国家都在积极研发高超声速巡航导弹技术发展项目,高超声速巡航导弹的防御和拦截技术也已经展开了探索。为应对高超声速巡航导弹以及其他高超声速武器快速发展带来的威胁,拦截弹需具备更加精确快速的响应能力,以实现动能拦截的目的。由于高空的空气稀薄,仅靠气动力控制系统响应慢,无法满足快速跟踪制导指令的需求,而直接力控制具有快速响应的优点,因此拦截弹可采取直接力/气动力复合控制的方法提高控制系统的响应速度。本文将PAC-3导弹作为研究对象,对直/气复合控制与分配方法展开研究。研究内容可以概括为以下几方面:首先,系统调研国内外直/气复合控制和分配方法的相关研究及发展现状,总结归纳出拦截弹复合控制与分配方法的研究背景和意义。其次,研究复合控制导弹建模问题,列出各坐标系定义及它们之间的转换关系;推导复合控制导弹的数学模型,建立姿控发动机模型与侧向喷流干扰模型,考虑控制器设计的需求,将描述导弹运动的数学模型适当简化,推导得到姿态控制模型。然后,针对复合控制导弹姿态控制模型存在严重的非线性、强耦合等问题,设计基于有限时间收敛趋近律的双环滑模控制器。考虑到空气舵和姿控发动机之的间耦合主要表现在角速度回路,在内环控制器设计时,采用基于滑模变量自适应调整切换控制参数的直接力控制策略。针对侧向喷流干扰及气动参数摄动等问题,在双环滑模控制器的基础上使用扩张状态观测器对内外环干扰进行估计补偿,且在证明控制系统稳定性的同时,分析干扰补偿对控制器收敛域的影响,通过仿真验证复合控制方法的有效性及鲁棒性。最后,研究异类冗余执行机构的控制分配方法。综合考虑控制力矩指令的特点以及直接力/气动力的工作特点,将控制指令分段分层分配。对于空气舵与姿控发动机之间的上层分配,研究链式递增法和基于LMI的权值优化伪逆法;将下层姿控发动机的分配问题转化为混合整型规划的形式求解,并基于指令矢量合成的方法限制了混合整型规划的范围,仿真验证下层分配方法的有效性,同时将分配方法与姿态控制器构成完整回路,仿真分析不同上层分配方法的优缺点。