运载火箭是人类进行太空探索的必要运输工具之一,新型运载火箭的发展,离不开先进可靠的控制系统。本文面向新一代运载火箭控制系统设计需求开展研究,在传统火箭控制系统的基础上,充分借鉴其设计经验及分析方法,综合利用现代控制理论进行增广控制模块的设计,从而提高火箭控制系统面对干扰、参数偏差及弹性振动变化等复杂飞行环境的适应能力。本文首先调研了国内外先进运载火箭及火箭先进控制方法的发展现状,重点对NASA太空发射系统中自适应增广控制方法进行了调研、分析与总结。随后对火箭的质心运动、绕质心转动及弹性振动进行了建模及分析,建立了刚弹耦合的非线性动力学模型,及由二阶微分方程描述的俯仰/偏航/滚转通道弹性振动模型,并利用小扰动线性化方法,建立了控制模型。随后本文基于传统频率域设计方法,结合幅值裕度及相位裕度约束,设计了PD控制器与校正网络,以满足基本控制需求。在此基础上,为进一步提高火箭控制系统在面对参数偏差及弹性振动频率偏差下的控制能力,本文设计了自适应增益调整模块,给出了该模块中参考模型、频率管理子模块及自适应律的作用机理及设计原则,并在典型工况下进行了充分的仿真分析。为进一步提高火箭在参数偏差或控制增益下降时的姿态控制精度,本文基于扰动观测器方法开展干扰补偿模块的设计,通过对火箭飞行过程中内外扰动的实时准确观测,获得干扰补偿控制指令;面向火箭在大风、大动压区需降低气动载荷的控制需求,本文基于过载反馈方法开展了主动减载控制模块的设计,并引入切换函数实现减载指令与制导指令之间的平滑切换,并在典型工况下,对如上两个模块进行了充分的仿真分析。