本文针对在稠密大气层中飞行的高超声速导弹,研究其直接侧向力与气动力复合控制系统的设计问题,以期望导弹能够快速建立攻角和跟踪过载指令。采用直气复合控制导弹通常有两套执行器,如何使气动舵和侧向脉冲发动机相互配合、协调工作,是复合控制系统设计的关键所在。本文首先建立了带有侧喷装置的高超声速导弹纵向通道的线性模型,然后根据直接力和力矩的特征参数,通过仿真分析了高超声速导弹对直接力/气动力的需求问题,最后基于混合设计的思想,分别采用了两种方法设计了复合控制系统的控制律:(1)基于线性二次型最优调节控制的导弹复合控制系统设计。首先针对仅含气动力的连续模型,采用线性二次型最优调节的方法设计了舵回路控制器,获得性能得到改善的受控对象;然后将改善后的对象在考虑脉冲发动机工作特性的情况下进行精确离散化,并针对离散化的对象设计了直接力回路的最优控制器,仿真表明此种方法能够较快地跟踪过载指令。(2)基于滑模变结构的控制方法的导弹复合控制系统设计。首先基于连续模型,采用连续滑模变结构方法设计了舵回路控制器,仿真表明此方法使导弹响应过载的速度有了很大的提高,为外回路提供了性能更加良好的受控对象;然后考虑脉冲发动机的离散工作特性,将舵回路在滑模面上的闭环等价系统精确离散化,得到了直接力回路的控制对象,采用离散滑模变结构的方法设计了直接力回路的控制律。仿真表明,此种方法既有良好的动态性能又有较强的鲁棒性。