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运载火箭是各国进行宇宙空间开发的重要工具,对各国军事、科研、农业、交通、通讯等领域的发展有着不可代替的作用。运载火箭姿态控制系统是整个运载火箭的核心,关系着整个火箭飞行的飞行品质。针对运载火箭飞行姿态控制系统设计问题一直是国内外研究的热点。本文以运载火箭这一结构复杂的非线性系统作为研究对象,针对其工况复杂、结构扰动较多的特点,设计了基于数据驱动的全格式动态线性化无模型自适应控制算法(Full Form Dynamic Linearization Based Modelfree Adaptive Control,FFDL-MFAC);并在此基础之上,对发生发动机执行器故障的运载火箭进行故障容错控制,设计了基于数据驱动的全格式动态线性化无模型自适应滑模控制算法(Full Form Dynamic Linearization Based Model-free Adaptive Sliding Mode Control,FFDL-MFASMC)。主要内容如下:(1)针对运载火箭姿态控制系统,利用FFDL-MFAC算法设计了姿态控制器,并引入基于数据驱动的虚拟参考反馈整定(Virtual Reference Feedback Tuning,VRFT)方法,对FFDL-MFAC算法设计的控制器进行了参数优化,提高了运载火箭姿态控制能力。通过仿真验证了FFDL-MFAC姿态控制器能够实现对姿态的稳定控制,且VRFT方法对FFDL-MFAC控制器参数优化具有有效性。(2)针对运载火箭执行器失效问题,设计了具有容错控制能力的FFDLMFASMC控制器。为进一步提高火箭姿态控制系统的容错能力,设计了基于干扰观测器的改进无模型自适应滑模控制(Model-free Adaptive Sliding Mode Control with Observer,MFASMO)方案,仿真结果验证了干扰观测器对参数估计误差、外部扰动以及执行器失效故障均有较好的补偿效果。(3)以Lambda-4S型运载火箭为仿真平台,对PID、MFAC、VRFT优化的MFAC、MFASMC、MFASMO五种控制方案进行了多组不同场景的仿真比较。仿真表明,VRFT优化的MFAC控制器相较原MFAC控制器有着较为明显的性能提升;MFASMC控制器相较PID控制器、原型MFAC控制器在应对执行器故障上具有更好的表现,同时MFASMO控制器对参数估计误差、系统干扰以及执行器故障有着明显的补偿作用。