图1。1  美国X-43A高超声速实验验证机文献综述

高超声速飞行器技术潜在的巨大价值使得世界各强国展开了在相关领域的竞争。美国早在上世纪50年代就进行了这一领域的研究工作，是这一领域的先驱。早在1967年，美国就以X-15为验证机创造了6。7马赫的飞行记录。之后的30多年由于耗资巨大以及管理和技术的限制，美国并没有取得较大的突破。但是在这三十多年中，美国积累了大量的数据，并在21世纪发展了超燃冲压发动机及超声速燃烧技术后，成功的在2004年试飞了X-43A（如图1。1）验证机。该验证机凭借超燃冲压发动机成功以7Mach的速度在距离地面近30km处的空中飞行10s，这次的成功试飞标志着超燃冲压发动机技术的重大突破，具有里程碑意义。之后美国乘热打铁，启用了多项计划来推动高超声速飞行器的发展（如HyTech计划、HyFly计划等）。

俄罗斯继承了前苏联拥有的技术，但由于其政治、经济等各方面原因，它虽然在耐高温材料、发动机技术等方面处于领先地位，但是其总体的发展的步伐略慢于美国。

除美、俄外，其他国家和地区也各有侧重地进行了高超声速飞行器技术的研究。如，法国于上世纪90年代实施了PREPHA计划，并与俄罗斯一起合作进行了超燃冲压发动机火箭搭载的飞行试验；日本致力于研究超然冲压发动机的相关技术并实现了8马赫的有效推力；印度在单级入轨、高超声速巡航导弹等方便取得了一定的进展，并建造了高超声速风洞，同时与俄罗斯有着密切的合作。

我国的高超声速飞行器研究起步较晚，但是吸收了国外的研究成果，逐渐建立并完善高超声速飞行器的相关理论，在国家国家“863”计划、“973”计划和国防基础科研的推动下，取得了一定的进展。

1。2  高超声速飞行器建模研究概述

1。3  高超声速飞行器控制研究概述

1。4  本文内容安排

本文以高超声速飞行器为研究对象，在特定的平衡点研究了其非线性模型的线性化解耦技术，对线性化后的模型设计了系统的镇定控制器并进行了闭环系统的稳定性和抗扰性分析。本文内容安排如下：

第一章为绪论，介绍了本文的研究对象是高超声速飞行器、研究背景及意义以及高超声速飞行器的控制和建模研究概述，最后介绍了本文的内容安排。

第二章是根据美国国家航空航天局（NASA）给出的数据和数学模型建立了高超声速飞行器的纵向解耦模型，并根据给出的平衡点数据对模型进行了小扰动线性化得出了高超声速飞行器的线性化模型。

第三章是对第二章给出的线性化模型进行了系统特性分析。

第四章是对第二章给出的线性化模型分别设计了极点配置、LQR、LQG以及控制律，分析了各个控制律的控制效果及LQG和控制的抗扰性，并对它们进行比较分析。

2  高超声速飞行器建模及线性化

我们首先需要建立高超声速飞行器的仿真模型来对飞行器控制系统进行研究。本章是借鉴NASA公开的资料，构建了高超声速飞行器仿真模型，再对非线性模型解耦线性化，获得其纵向线型模型。

2。1  高超声速飞行器系统建模

高超声速飞行器的飞行环境较为复杂，在飞行过程中，飞行器的结构会发生弹性形变，其质量及质心位置也会随着时间而改变，因此高超声速飞行器的多个参数都会呈现非常复杂的函数关系。为了简化模型，我们需要对飞行器及其飞行环境进行一些适当的假设[16]：

(1)忽略气流不对称及压缩性等因素；