高超声速飞行器是指在近空间区域能够进行大包线和高超声速飞行的一种飞行器,有些飞行器的机翼具有可伸缩的小翼结构,从而能够提高飞行器的适应能力。高超声速飞行器具有强非线性、激烈快时变、强耦合以及严重不确定性的特点,因此对高超声速飞行器的建模及模态切换控制的研究提出了更大的挑战。本文针对某高超声速飞行器的线性变参数(Linear Parameter Varying,LPV)建模、基于LPV模型的切换控制器设计及切换控制在小翼伸缩模态变化上的应用等问题进行研究。具体研究内容包括:首先,参考国内外高超声速飞行器的模型数据,根据飞行任务需求以及可变翼结构的特点,建立了高超声速飞行器纵向非线性模型。此外,考虑到LPV模型在处理非线性模型上的优势以及设计控制器的方便性,比较了传统的LPV建模方法,并建立了高超声速飞行器的LPV模型,通过开环仿真验证分析其建模的准确性,为飞行器的切换控制研究奠定了坚实的基础。其次,由于高超声速飞行器所具有的强非线性和大包线飞行的特点,传统的LPV建模方法难以同时保证建模的精确性和模型的计算复杂度,且平衡点个数的选取依赖于经验选择法,没有一套完整的平衡点选取方法。因此创新性的提出基于最优选点数的多胞LPV建模方法,引入间隙度量理论,用来刻画建模精确度;考虑到计算复杂度的问题,建立优化模型,解得最优的平衡点选取个数,最终建立多胞LPV模型,通过开环仿真验证所建立的多胞LPV模型能够较好地逼近原非线性模型。然后,考虑到模态切换过程中飞行器状态和控制器参数容易发生突变的问题。针对高超声速飞行器爬升/巡航模态的切换过程,首先建立切换多胞LPV模型;考虑到非脆弱鲁棒控制在处理控制器参数摄动一类问题上的有效性,针对各子模型,设计非脆弱鲁棒控制器;考虑到各子模型之间的平滑切换,设计一种基于平滑切换特征函数的非脆弱鲁棒LPV切换控制器。通过数值仿真分析该切换控制算法与直接切换控制的的优劣。最后,基于高超声速飞行器可变翼的特点,说明设计小翼伸缩过程切换控制器的必要性。首先建立小翼的切换LPV模型,其次针对小翼伸缩过程中飞行器状态跳变的问题,将基于平滑切换特征函数的非脆弱鲁棒LPV切换控制方法应用到小翼切换过程中。最后,通过数值仿真验证该切换控制方法对于小翼伸缩模态切换具有良好的控制效果和鲁棒性。综上所述,本文对高超声速飞行器的LPV建模和切换控制进行了研究,提出了一种新的LPV建模方法,在该LPV模型的基础上,提出了一种改进的切换控制算法,保证模态切换过程的平滑性和稳定性,并将该方法应用到了小翼伸缩过程中。