吸气式高超声速飞行器因其可以在临近空间持续高速飞行并利用空气动力进行机动的特点,展示出显著的军民两用价值,成为临近空间飞行技术的主要研究对象。发动机/机体一体化的气动布局和临近空间飞行环境,赋予该类飞行器独特的飞行特性和飞行品质要求,给飞行控制系统设计带来新的挑战,尤其体现在飞行器机动飞行阶段。吸气式高超声速飞行器机动飞行具有动力学系数变化范围大、姿态/航迹响应缓慢、模型参数不准确、飞行姿态及姿态角速率存在幅值约束的特点,要求控制系统具有稳定性、快速性、鲁棒性,同时能满足状态约束。针对上述特点和需求,本文以吸气式高超声速飞行器为对象,对其机动飞行控制展开研究,提出了基于变参数模型的状态受限自适应控制方法,保证飞行器机动飞行满足要求。全文主要工作如下:1.针对飞行器机动过程中姿态及姿态角速率必须满足超燃冲压发动机工作条件限制的问题,本文采用指令调速器进行受限控制系统设计。通过指令调速器的合理配置,滚动优化系统指令,在不降低系统控制品质的情况下,使飞行器机动过程中飞行状态能够快速且无超调地达到约束边界,且能够沿约束边界持续运行。该设计针对飞行器姿态及姿态角速率约束问题,同时考虑到飞行器姿态/航迹响应缓慢的特点,在满足状态约束的条件下,能够提升系统航迹响应速度。2.针对飞行器存在的模型参数不准确问题,在受限控制系统的基础上,结合鲁棒自适应控制,设计了一种状态受限自适应控制方法。该方法以标称系统的受限状态响应为参考状态,通过鲁棒自适应技术,调节带有参数偏差的实际系统状态响应,使得实际系统状态响应与参考模型足够接近,从而减小飞行器状态散布,最终使实际系统状态响应满足约束指标。3.考虑到飞行器机动飞行过程中动力学系数随飞行条件显著变化,为精确刻画飞行器模型,本文建立了飞行器基于张量积的多胞模型,并根据多胞型顶点系统及权值分解系数将飞行器模型转化为具有仿射参数依赖形式的线性变参数模型。该变参数模型具有高精度、低计算复杂度、具多胞型的优点,为后续全包线变参数飞行器控制系统设计打下基础。4.为满足飞行器在飞行包线内的高精度稳定控制,本文采用并行分布补偿原理,设计了基于飞行器多胞模型的变增益控制系统。所设计的控制系统在飞行包线范围内渐进稳定,保证了飞行器机动过程的稳定性。5.综合考虑飞行器机动飞行时动力学系数变化大、状态受限、模型参数不准确、姿态/航迹响应慢的问题,本文建立了基于线性变参数模型的状态受限自适应控制方法并证明了其状态有界稳定。该方法根据飞行器飞行参数,实时更新系统参考模型,由指令调速器根据当前参考模型生成满足约束的优化指令,自适应控制器根据真实系统和参考系统的状态误差修正真实系统动态响应,减小真实系统状态散布。通过数字模型仿真,表明了该方法的有效性。本文紧紧围绕吸气式高超声速飞行器机动飞行特点和需求,建立了一套基于变参数模型的状态受限自适应控制方法并给出稳定性证明,有针对性地解决了飞行器变参数控制问题、飞行状态受限问题、模型参数不准确问题,同时兼顾飞行航迹的快速响应。仿真表明,该方法能够达到吸气式高超声速飞行器机动飞行的控制要求,得到的控制系统具有稳定性、快速性、鲁棒性,满足系统状态约束。