飞艇,作为轻于空气的飞行器,与其它固定翼飞行器(如飞机)和旋翼飞行器(如直升机)相比具有独特的优势,包含飞行速度低,航行时间长,定点悬停等因而被广泛应用在民用和军用领域,例如广告宣传、任务监视、环境监测、卫星探测以及平流层探测等。近年来,随着飞艇发展及其在各个方面的应用越来越广泛,对飞艇模型的精确性要求也越来越高。为了保证飞艇能更好地完成各种复杂任务,控制系统显得尤为关键。综合分析,飞艇控制的难点主要包括飞艇的降落问题,飞艇执行机构饱和问题,以及飞艇的弹性形变问题。本文针对飞艇降落回收过程中模型不确定性和风场影响等问题,设计飞艇降落系统带滤波的反演控制器。针对多执行机构饱和约束与气动参数未知等问题,设计飞艇路径跟踪自适应反演控制器。针对飞艇弹性形变,以及执行机构饱和约束及速率约束等问题,设计飞艇航向的改进带积分的反演控制器。本文主要内容和研究工作如下:1)基于飞艇六自由度非线性刚性模型,分析了飞艇运动的几何参数敏感度。通过盘旋运动、水平和垂直面“之”字形运动等几种典型运动仿真,综合分析了飞艇几何参数对飞艇运动操纵性的影响,为今后飞艇的总体设计提供了可靠参考。2)基于飞艇六自由度非线性柔性模型,分析了飞艇弹性变形对飞艇运动准确性与机动性的影响。通过进行同型号飞艇同等长度不同刚度系数的仿真对比,以及相同刚度系数不同长度飞艇盘旋的仿真对比,展示了弹性变形量对飞艇运动的影响大小。同时柔性飞艇建模,也为飞艇的控制提供了精确模型。3)考虑模型及风场影响的不确定性,采用自适应控制与反演控制相结合的控制方法设计了飞艇降落系统的控制器。通过指令滤波器对动态参数和约束进行平滑处理,既保证了模型不确定情况下的闭环系统的鲁棒性能,又保证了控制系统在外界扰动的作用下仍能进行快速响应,进行准确跟踪,确保系统稳定。4)基于执行机构饱和约束和部分气动参数未知的飞艇模型,采用改进的反演控制方法设计了飞艇的路径跟踪控制器,并运用自适应控制对其未知的气动参数进行在线估计,确保模型参数不确定情况下的系统鲁棒性。该方法通过李雅普诺夫稳定性充分考虑了执行机构在执行任务时存在的饱和约束问题,通过调节自适应律很好地解决了执行机构达到饱和现象时控制系统的稳定性,确保了控制器的有效性。5)针对弹性变形和执行机构饱和约束及速率约束等问题,设计了带有积分项的反演方法的航向控制器。为了体现在控制过程中控制对象的精确性,不仅基于柔性模型进行控制,而且同时对现实中存在的执行机构饱和约束以及速率约束进行了综合考虑。针对以上精确的控制对象,提出了一种改进的反演控制方法,即带有积分项的反演控制方法。该方法降低了控制器设计的保守性,适应范围更广,具有一定的饱和抑制作用,以及对柔性变形的有效控制性能。保证了跟踪系统的李雅普诺夫稳定。