变质心再入飞行器通过改变内部滑块位置,使得飞行器质心发生变化,从而产生附加气动力矩实现姿态和轨迹控制。其中,采用单一滑块控制滚转通道的变质心再入飞行器得到了广泛关注。相比于多滑块变质心再入飞行器,此类飞行器具有内部布局简单、执行机构少等优点。然而,其仅能对滚转通道进行直接控制,俯仰和偏航通道的稳定依赖于飞行器自身的静稳定性,为其制导、控制方法研究带来了诸多难点问题,例如:执行器输入饱和、滑块剧烈运动引起俯仰和偏航通道发散;无法直接控制攻角导致落速散布大;升力大小不可控,视线角速率无法收敛于零,影响跟踪地面目标精度;单一速度滚转角难以同时精确跟踪射程与速度,影响制导精度。为此,本文以采用单一滑块控制滚转通道的变质心再入飞行器为研究对象,提出相应的控制、制导及制导控制一体化方法。论文主要研究内容如下:建立单滑块变质心再入飞行器的数学模型,包括质心运动、绕质心运动、弹目相对运动等。在此基础上,开展开环仿真试验,分析飞行器强耦合、欠驱动特性所带来的制导控制规律设计难点,为后续制导控制方法研究奠定基础。针对再入段跟踪姿态指令存在的执行器输入饱和、超出功率约束问题,研究一种基于量化饱和辅助系统的改进预设性能控制方法。首先,简化绕质心运动数学模型,得到姿态控制设计模型。然后,视通道间耦合、简化过程中忽略项为扰动,设计有限时间扩张状态观测器对其进行估计,并在控制规律中予以补偿,提高系统鲁棒性。进而,研究新的性能函数与误差转换函数,避免控制器奇异,改进预设性能控制方法,降低滚转角响应超调。在此基础上,设计辅助系统量化执行器饱和程度/风险,动态调整执行器输入,避免饱和的发生或降低其持续时间。最后,设计非线性限幅环节,满足功率约束的同时减少滑块剧烈运动对飞行器稳定性的影响。针对俯冲段单一速度滚转角难以同时精确控制落点偏差、速度及落角问题,研究一种基于速度时变虚拟目标的有限时间制导方法。首先,考虑俯冲过程误差角收敛与飞行器滚转速率间的联系,通过设计误差角指令变化趋势,降低俯冲过程飞行器旋转速率。在此基础上,引入虚拟目标,并利用速度偏差反馈调整虚拟目标位置。进而,通过调节减速时间,降低落速的散布。然后,考虑目标机动对误差角收敛的影响,采用落点预测策略将跟踪机动目标问题转化为打击固定目标问题。通过引入并跟踪以期望角度运动的速度时变虚拟目标,实现以期望落角跟踪机动目标。针对再入段单一速度滚转角难以同时精确控制速度、射程问题,研究一种基于射程偏差自适应调节的再入段制导方法。首先,采用变权重制导指令更新方法及改进B样条拟合方法,在满足期望射程的同时降低交班点处速度的散布。进而,设计一种考虑跟踪偏差间联系的标准轨迹跟踪方法,通过将速度偏差转化为期望射程增量,在获得较高射程跟踪精度的同时,降低制导指令求解计算量。结合俯冲段有限时间制导方法,实现在满足终端及过程约束的同时降低由气动环境、飞行器参数不确定性引起的落速散布。针对俯冲段飞行器高速旋转过程中执行器输入饱和、滑块剧烈运动导致俯仰和偏航通道发散问题,研究降低执行器输入饱和,考虑滑块功率、速度限幅的制导控制一体化方法。首先,在分析执行器输入饱和产生原因及对飞行器稳定影响的基础上,设计基于自适应虚拟指令预处理环节的制导控制一体化方法,降低执行器输入饱和。然后,考虑滑块剧烈运动对于飞行器稳定性的影响,建立考虑执行器动态的制导控制一体化设计模型。在此基础上,为兼顾飞行器稳定性与终端精度,采用变幅值约束的策略。通过辅助系统建立制导系统状态量与执行器状态约束的联系,设计考虑滑块位置、速度限幅的制导控制一体化方法,在系统稳定前提下获得较高的终端精度。