临近空间太阳能飞行器可以依靠太阳能在海拔20km以上实现长时间驻留，相比常规飞行器具有驻空时间长、覆盖范围广等特点，具有广阔的应用前景。受低大气密度与苛刻能源平衡约束的限制，临近空间太阳能飞行器普遍采用大展弦比轻质结构，致使飞行器中低空稳定性和飞行安全受到严重挑战。本文在飞翼式太阳能飞行器布局基础上进行结构变形，设计了多段式可变形飞行器，通过变形使飞行器同时适应高空和低空的飞行环境。针对这一创新对象，开展了动力学与控制相关研究，实现了基于变形的姿态-航迹解耦控制，力图使其在飞行过程中更加平稳、抗扰能力更强从而飞行更加安全，并能充分利用变形优势尽可能节省能源消耗。主要内容如下：
　　（1）可变形飞行器快速气动建模、动力学建模与结构建模。针对CFD等气动软件在计算可变形飞行器时计算周期过长的问题，提出了基于面元升力线理论的多段可变形飞行器气动参数快速计算方法，以适应控制解算分析与飞行器初步设计快速计算需求。建立了可变形飞行器显式的质心动力学模型与所需的结构特征简化模型，分析了变形附加项变化规律。
　　（2）可变形飞行器不同海拔准静态设计点匹配。分析了飞行器稳定性、操纵性与变形角的对应关系，针对不同海拔进行了飞行器变形角优化设计。根据不同海拔的飞行环境特点，调整飞行功率、抗突风能力、静稳定性、操纵性等指标的权重系数，从而得出飞行器从地面到海拔20km的最优爬升方案。小幅提高了中低空飞行速度和功率，显著提高了飞行器的稳定性和抗扰动性能。
　　（3）基于线性变参数系统的姿态增稳控制研究。建立了多段可变形飞行器动力学模型的变参数线性化方法，开展了线性变参数系统的H∞控制器设计方法研究，提出了线性变参数系统的稳定性和H∞性能判据，据此设计了一种基于参考状态估计的线性变参数系统H∞控制器，并在多段可变形飞行器的姿态增稳控制中进行了应用，有效解决了非线性非定常的飞行器变形过程给姿态稳定与控制带来的严峻挑战。
　　（4）基于主动变形的飞行器航迹控制研究。实现了航迹控制与姿态控制的解耦。针对控制力模型中变形指令不存在解析解，而又需要在机载控制系统实时求解的问题，通过简化提出一种变形指令快速数值迭代解法。随后针对高度控制与侧偏距控制，分别采用非线性动态逆方法设计了基于主动变形的航迹控制器，减小了航迹机动对飞行器姿态的干扰。最后采用非线性质心动力学模型进行仿真，对基于主动变形的姿态-航迹解耦控制系统进行了验证。
　　（5）研究了非对称变形在飞行器侧向航迹运动中应用优势，提出了降低飞行器无侧滑转弯与抗侧风飞行时飞行功率消耗的变形方法。建立了可变形飞行器无侧滑航迹转弯与抗侧风飞行的平衡态模型，对比分析了采用非对称变形方法与常规变姿态方法在侧向航迹运动中的飞行状态，结果显示无侧滑等升变形在航迹转弯中最具功率优势，零侧力等升变形在抗侧风飞行中最具功率优势。
　　论文研究了应用主动变形解决临近空间太阳能飞行器高低空设计匹配问题的技术方案，并围绕变形过程中的动力学特性分析、姿态控制问题与航迹控制问题开展了深入的研究。论文提出的线性变参数姿态增稳控制方法，以及利用主动变形的姿态-航迹解耦控制系统，为可变形飞行器的控制系统设计提供了技术支撑，为应用变形技术打破临近空间太阳能飞行器的设计局限提供了重要的理论分析方法与应用参考。