当高超声速飞行器改变飞行状态时, 若采用传统的状态反馈方法进行姿态控制系统设计, 为保持系统稳定, 需在不同的平衡点反复进行线性化计算, 计算过程十分复杂。另外, 在飞行器高速飞行的过程中存在输入约束, 还需考虑执行器饱和的问题。针对以上问题, 采用两步法进行控制系统的设计: 首先, 设计了基于线性变参数(LPV)系统的模型参考控制器, 采用奇异值分解与线性矩阵不等式计算得到控制器系统矩阵与反馈增益, 在飞行状态发生变化后, 实现对指令信号的跟踪响应;然后, 考虑到执行器饱和的情况, 引入抗饱和补偿器, 采用LQR最优控制理论计算补偿器增益, 实现对控制输入限幅约束。通过仿真表明, 设计的控制器超调量较小, 调节时间较短, 且有效地减小了控制器设计过程的计算量。

针对导弹姿态控制系统具有不确定性和时变性的特点,同时为保证系统状态能在有限时间内收敛到状态原点,在研究了多变量确定性指数型终端滑模控制的基础上给出并证明了其不确定多变量系统的控制律特性。为克服不确定性给系统造成的抖动现象,参考模糊控制的优点,设计了模糊补偿控制以消除这种抖动。最后将所设计的控制律在导弹姿态控制系统中做了仿真应用,结果表明,所设计的控制器性能满足要求,控制效果较为满意。

针对数字式导弹姿态控制系统的参数具有时变性和不确定性的特点,设计了一种离散变结构控制器。该控制器结合了Ackermann规则设计切换函数简单、易行的优点和全程滑模控制器的全局鲁棒性的长处。同时引入灰色理论,设计了灰色补偿控制项,用于克服数字导弹姿态控制系统的不确定项对系统造成的影响。结果表明,该控制器在导弹姿态控制系统中的仿真效果较为令人满意。