高超声速飞行器技术是近空间探索领域中的一个全新研究课题,针对复杂的飞行环境和特殊任务需要,如何有效地设计飞行控制系统是整个航天活动成败的一个关键问题。本文以某通用高超声速飞行器纵向模型为研究对象,主要就影响飞行性能的干扰与饱和非线性两大制约因素进行了相关控制研究。首先,研究了高超声速飞行器纵向模型及其稳定性问题。通过求取飞行包线内某一平衡态以获得线性化模型,验证了国外公开的通用高超声速飞行器模型的合理性。针对线性化模型,分析了飞行器开环特性,并设计了极点配置控制以分析高超声速飞行器闭环系统稳定性。其次,基于定直飞行下的高超声速飞行器纵向开环线性模型,研究了存在不确定性干扰的鲁棒控制问题。针对外界干扰的不同情形,分别设计了LQG与H_∞鲁棒控制器,并对两种方法进行了比较,仿真表明,抑制有界干扰效果后者要优于前者。最后,基于定直飞行下的高超声速飞行器纵向开环线性模型,采用LQR与抗饱和补偿器相结合的设计思路,研究了存在输入饱和非线性的抗饱和控制问题。LQR控制器的设计保证无饱和非线性的标称闭环系统性能,而当饱和产生时,抗饱和补偿器通过在线修正反馈项使得控制器的输出工作在线性区域,从而保持了系统的性能输出且能提供一定的鲁棒性能。仿真验证了设计方法的有效性。