飞翼布局飞机是一种机翼和机身平滑融合在一起的无尾飞机,其高升阻比、良好的隐身性及经济性好的优点使其在军用和民用领域均具有非常好的应用前景。但尾翼的取消再结合短小机身的结构设计会导致纵向操纵力臂较短,从而造成纵向效率不高,特别是在低速状态下会显著增加控制难度。另一方面,故障对任何控制系统都是不可避免的,特别是飞翼飞机往往需要执行高海拔远航程和敌人防区内任务,无疑增加了发生故障的概率,因此设计高可靠性容错控制系统对飞翼飞机而言就是一个迫切需要解决的问题。本文以飞翼飞机为研究对象,针对设计和控制中遇到的问题进行了深入的研究。文中首先建立了飞翼飞机的非线性仿真模型;随后将放宽静稳定性技术应用于飞翼飞机,改善了操纵效率,为后续飞行控制系统的研究打下了基础;其次针对飞翼飞机放宽静稳定性后飞行品质变差的问题,研究了一种鲁棒特征结构配置方法改善系统的动态特性;然后针对飞翼飞机的执行器故障,综合考虑系统不确定性的影响研究了两种容错控制方法:鲁棒H₂/H_∞容错控制方法和满意容错控制方法;最后针对被动容错控制方法的不足,研究了一种基于固定点迭代的控制分配算法。论文的主要内容和创新点如下:1、针对纵向操纵效率不高这一飞翼飞机设计中遇到的问题,通过对放宽静稳定性设计方法的归纳总结后,提出了重心后移的方法来放宽飞翼飞机的静稳定性以提高操纵效率。考虑到飞翼飞机航向静稳定性不足的特点,不仅研究了重心后移对飞机纵向气动特性的影响,也对横侧向气动特性的变化进行了分析。最后根据经验以及对配平结果的分析,提出了飞翼飞机放宽静稳定性程度的建议。2、针对放宽静稳定性后飞行品质变差的问题,提出了一种鲁棒特征结构配置方法用于飞行控制律的设计,改善了飞翼飞机的飞行品质。该方法利用Sylvester方程给出了特征结构配置中反馈控制器的参数化表示,从而为控制器的设计提供了全部自由度。通过引入一选择矩阵,将特征结构配置转化为数学优化问题,方便了控制器的设计。为了解决特征结构配置方法的鲁棒性问题,提出了表征鲁棒稳定性的指标,通过优化该指标来提高系统的鲁棒性。考虑到控制器的设计过程存在着多目标优化问题,结合差分进化和混沌理论的优点,提出了一种多目标自适应混沌差分进化算法进行参数寻优。3、针对飞翼飞机对高可靠飞行控制系统的实际需求,提出了一种鲁棒2H/H∞容错控制方法。该方法允许系统存在不确定性并且能够在正常和故障时均满足系统的H₂和H_∞性能指标。为了削弱控制器的保守性,使用不同的Lyapunov变量对应不同的故障状态,由此带来的非凸优化问题,给出了一种迭代矩阵不等式算法。为了解决迭代算法存在的问题,通过引入附加变量分离控制器增益和Lyapunov变量的耦合,获得了保证系统鲁棒稳定的强约束条件,随后提出了一种改进的迭代算法用于降低该强约束条件对控制系统的影响。4、研究了一种极点圆盘约束下的鲁棒H_∞满意容错控制方法,该方法允许系统存在不确定性且只要求谱范数有界即可,因而具有较好的可行性。通过在故障模型中引入一故障基准矩阵,使得该满意容错控制算法与具体的故障状态无关,从而简化了控制器的求解。为了进一步提高控制系统的性能,又提出了一种基于扩展LMI技术的满意容错控制算法。该算法把系统的极点圆盘约束、H_∞和保性能指标约束有机地融合在一起。同时利用扩展LMI技术对控制器增益和Lyapunov变量进行解耦设计,避免了对Lyapunov变量的不必要约束,降低了控制器的保守性,进一步提高了系统性能。5、控制分配技术作为主动容错控制的一种重要方法,不仅可以根据具体的故障在不改变控制结构的前提下重构控制律,而且能够同时协调多舵面偏转实现多目标分配。因此提出了一种基于固定点迭代的控制分配技术,该算法将控制分配问题转化为固定点迭代方程的求解且考虑了执行器的饱和问题。由于该方程具有映内性且2范数可压缩,保证了解的唯一性和全局收敛性,这种优良的特性方便了控制系统的设计。最后为了更进一步适应飞行控制系统对快速性的要求,给出了一种改进算法以加快收敛速度。