重复使用运载器(Reusable Launch Vehicle,RLV)大包络飞行时,面临着不同飞行阶段带来的气动环境剧烈变化、工作模式改变、执行机构切换、甚至结构外形重构等情况。这一方面使得飞行器存在严重的非线性、强耦合、快时变和不确定性等特性,另一方面也导致单一的控制模型和控制方法越来越难以满足RLV控制系统的任务要求。作为适用于此类复杂系统的控制方法,多模型控制(Multi-Mode Control,MMC)可通过与其它建模方法、控制方法相结合,构建针对控制对象的多模型集合、控制器集合和自适应切换策略,从而保证系统较强的鲁棒性和自适应性。考虑到RLV的多工作模式、系统不确定性和强非线性、异类冗余执行机构等特点,本文设计了RLV的多模型自适应控制系统,同时重点开展了不同飞行阶段的子模型集合构建、基于扰动补偿的非线性自适应控制、基于多目标优化的动态控制分配、基于性能评估的自适应切换控制等方法研究,并分别对提出并设计的控制器、分配策略和切换策略进行了分段的可行性分析、不同方法间的对比验证和全程多模型自适应控制系统的综合仿真。针对RLV大包络、多模式的特点,建立了RLV全飞行阶段的6-DOF动力学模型,并基于是否满足小扰动假设分别推导了系统的线性控制模型和非线性控制模型;考虑到不同飞行阶段的动态特性、控制变量和执行机构等因素,进行了特征点选择和对应区域的划分,并针对选择的若干特征点构建子模型集合,为后续控制器、控制分配策略和切换策略奠定基础。针对具有参数不确定性和外界未知扰动的非线性系统,进行了基于扰动补偿的非线性自适应控制方法研究。首先,针对线性控制子模型,提出了一种非线性PID(Nonlinear PID,NLPID)方法和对应的控制器设计;其次,针对存在参数不确定性、未知扰动的非线性控制子模型,设计了基于自适应反步法(Adaptive Backstepping,ABS)的控制器,同时为避免ABS控制器带来的微分爆炸问题,引入了基于Sigmoid函数的扩张状态观测器(Extended State Observer based on Sigmoid function,SESO)的控制补偿方法;最后,综合上述控制方法的优点,提出了一种基于扰动补偿的非线性自适应控制方法,利用Lyapunov函数对闭环控制系统的稳定性进行了理论分析。仿真结果分别验证了NLPID、ABS、SESO和本文提出的非线性自适应控制器的有效性,同时对比分析了不同控制器作用下的控制精度、鲁棒性、抗扰性等指标。针对RLV的多异类执行机构,进行了基于多目标优化的动态自适应控制分配研究。首先,以控制分配误差最小化为优化目标,开展了同类执行机构和异类执行机构间的分配方法研究;其次,考虑到分配误差最小、控制效率最优、燃料消耗最小等多个优化目标下的分配问题,以层次分析法设计了不同优化目标的动态权重系数,通过加权组合形式将多目标优化问题转化为单目标问题,并以改进的序列二次规划(Sequential Quadratic Programming,SQP)算法实现了对此多目标优化的动态控制分配问题的求解;最后,在利用Lyapunov理论给出了保证控制分配环节的引入不影响系统稳定性的基础上,对设计的控制分配方法进行了仿真验证,并重点对比分析了执行机构切换时机、多目标优化的优势以及异类执行机构的不同控制分配方法。仿真结果不仅验证了基于多目标优化的动态自适应控制分配方法的可行性和有效性,还表明了该方法在实现综合控制分配性能方面的优势。针对设计的子模型集合、控制器集合和控制分配集合,进行了基于性能评估的多模型自适应切换控制研究。首先,在基于层次分析法建立的控制性能指标评估系统基础上,以RLV建立的控制模型与实际模型间的辨识误差为基准,选择评估系统中的过程性能评估函数设计了自适应切换策略,并基于平均驻留时间法推导证明了切换系统的稳定性;其次,以性能评估函数作为优化目标,提出了一种基于最速下降法的反馈自适应律,在保证系统稳定性的基础上优化了控制器参数;最后,在搭建的RLV多模型自适应控制系统仿真平台的基础上,分别对设计的性能评估模型、自适应切换策略以及多模型控制系统进行了有效性验证。仿真结果还验证了相对于硬切换,自适应切换策略的抖振更小。