近年来,关于推力矢量飞机过失速机动能力的研究受到国内外学者和研究机构的广泛关注,为其设计有效的控制系统是实现过失速机动飞行的关键。一方面,飞机过失速机动过程中具有复杂的非线性、不确定以及耦合特性,给飞行控制系统设计带来很大挑战;另一方面,大迎角机动时容易导致各种失控危险状态,给飞机的边界保护控制提出了新的要求。为了使得飞机具备实用化的过失速机动能力,以及大迎角下的无忧虑控制,本文系统地研究了推力矢量飞机在过失速机动中的飞行控制问题以及安全保护问题,结合鲁棒控制等先进控制方法设计了一体化的边界保护飞行控制系统,保证飞机能够在完成复杂过失速机动的同时,不会产生失控危险状态。论文的主要工作如下:本文选取装有推力矢量装置的ADMIRE飞机为研究对象。首先,构建了其过失速机动时的非线性飞行动力学模型,详细分析了该飞机的大迎角飞行性能,如气动特性以及惯性耦合特性等,并将其机动性能与其它飞机进行了比较。给出了飞机在进行过失速机动时所需要满足的动态响应特性和抗偏离特性要求,并且定义了四种检验飞机过失速机动性能的标准过失速机动动作,为飞行控制系统和边界保护系统的设计提供了基础与准则。然后,为了进行飞行控制律和边界保护系统的设计,本文系统地给出了采用状态变换将推力矢量飞机过失速机动的非线性模型转化为面向控制的线性参变(LPV)系统的方法。该方法避免了繁琐的平衡点线性化和插值运算,能够更好的描述系统的非线性特性。在此基础上,建立了以迎角和绕速度轴滚转角速度为调度参数的LPV模型,基于所建立的LPV模型提出了一种新的快速迭代求解飞机动态平衡点的方法,相较于原来的牛顿迭代法有更高的计算速度。进一步,提出采用切换多胞LPV系统来对过失速机动时的飞行动力学进行描述,并利用高维奇异值分解(HOSVD)的方法,将所得到的LPV系统转化为包含常规迎角区和过失速迎角区两个多胞的切换多胞LPV系统,以便于采用LPV综合技术进行鲁棒飞行控制律设计。接着,根据构建的切换多胞LPV系统,采用具有闭环区域极点约束的鲁棒H2/H∞控制综合技术,来解决过失速机动中的多目标约束飞行控制问题。由于常规迎角下和过失速迎角下飞机的动态特性差别较大,因此在设计过失速机动飞行控制器时引入切换控制策略。基于公共Lyapunov函数方法和多Lyapunov函数方法,分别设计了单一状态反馈控制律和切换状态反馈控制律。将这两种飞行控制律分别在典型过失速机动仿真中进行了验证,相比较而言,切换状态反馈控制律具有更好的性能。而后,在飞行控制律构成闭环系统的基础上,设计了鲁棒动态补偿器对重力产生的影响进行补偿。将过失速机动中的重力干扰抑制问题,抽象为非匹配多维外部干扰的一类非线性系统的鲁棒输出调节问题。基于处理输出调节问题的一般框架,提出了此类问题部分状态反馈控制律的存在性定理以及参数设计条件。将所设计的方法应用到飞行控制器中,并通过仿真表明了该方法的正确性和有效性。最后,考虑了推力矢量飞机过失速机动时的飞行安全与边界保护问题。基于可达平衡集方法定义了飞机过失速机动的失控飞行包线,同时在失控飞行包线内对所设计的过失速机动飞行控制律进行了偏离敏感性评估。经过检验可知,当大迎角下进行低头加速绕速度矢量滚转机动时容易导致飞机从可控飞行状态中偏离,从而证明了在过失速机动中进行边界保护控制的必要性。采用参考管理器(RMD)方法进行纵向拉起机动过程的边界保护控制,提出了一种基于阶跃响应模型的参考管理器设计方法。进一步基于管道模型预测控制(Tube-MPC)方法在飞行控制系统的外环设计了边界保护控制器,构成一体化的过失速机动边界保护飞行控制系统,在保证飞机过失速机动控制性能的同时,防止飞机产生偏离而进入失控危险状态。最终将整个系统在Herbst机动和“猫鼬”机动中进行了验证,仿真结果显示飞机能够准确且安全地完成该机动动作。