随着导弹技术的发展和在现代战争中的成功应用,现代战争方式也发生着改变,出现了导弹空袭的作战模式,空地导弹也已经成为航空武器发展的重点。在近年来的局部战争中,空地攻击已经从以往的地毯式轰炸模式逐步演变为精确度很高的外科手术式攻击模式。精确制导给导弹的制导系统,尤其是制导律提出了严格的要求,先进制导律的设计随着精确制导武器的发展而发展。本文以三维空间空地导弹末制导段为背景,在现有最优控制理论和变结构控制理论的研究基础上,研究了多约束条件下的最优制导律和变结构制导律,并进行了运动学和动力学通用仿真平台的设计以及仿真可视化的相关研究工作。论文主要研究内容包括:首先,本文建立了导弹和目标的数学模型以及制导模型,为最优制导律和变结构制导律的研究以及仿真平台设计奠定了基础。将三维空间按视线坐标系分解为两个互相垂直的二维平面,通过对三维空间和二维平面的运动及参数关系的推导分析,得到了速度、角度以及角速度关系方程;这些方程具有很强的通用性,通过它们可以直接将制导律从二维平面推广到三维空间,从而大大减少了三维空间制导律的设计难度。其次,本文应用最优控制理论研究和设计了三维空间多约束条件下的最优制导律。根据目标的运动状态,分别研究和设计了针对固定目标和考虑目标机动的最优制导律,其间应用伴随变换法解决了非齐次方程的求解问题。研究发现,传统的三维制导律只是本文制导律在一定条件下的简化情形。对比仿真证明了本文结论的正确性。随后,本文应用变结构控制理论研究和设计了三维空间多约束条件下的变结构制导律,并结合最优制导律的结论得到了最优滑模变结构制导律。针对削弱变结构制导律的抖振问题本文引入了准滑动模态的概念,最终分别推导得到了具有饱和函数及继电特性连续化的准滑模变结构制导律。对比仿真发现,准滑模变结构制导律削弱抖振效果明显。最后,本文基于模块化和系统工程的思想设计了三维运动学通用仿真平台,以该平台为基础只需替换相应模块便可实现具体制导律的仿真。在运动学通用仿真平台的基础上考虑自动驾驶仪及导弹的动力学特性等,本文设计了动力学通用仿真平台。最后本文完成了仿真可视化的设计,将模型仿真数据通过接口传输到可视化软件中,达到了可实时观察仿真过程的目的,便于设计者更直观、更方便、更快速地发现设计中存在的问题从而反馈于设计。