近年来,高空长航时飞行器逐渐成为航空界的热点之一,大柔性飞行器作为一种具有大展弦比柔性结构的高空长航时飞行器,在军事和民用方面均有较好的发展前景。然而柔性结构使飞行器在常规飞行时也会产生较大幅度的变形,对飞行器的动态特性产生很大影响,给飞行器的建模和控制带来极大困难。本文以高空长航时飞行器为研究背景,大柔性飞行器为研究对象,对飞行器的动力学建模、运动特性、输入受限控制系统和控制优化等方面进行了研究。首先,建立了大柔性飞行器的非线性气动弹性和飞行动力学耦合模型。对传统模型进行修正建立刚体机身模型,采用有限元思想和拉格朗日方程建立柔性机翼模型,结合气动力模型得到完整的飞行器模型,并引入一款具体的大柔性飞行器。其次,根据模型特征根分布情况分析了大柔性飞行器的稳定性;并分析了飞行器在推力和舵面等输入操纵下的动态特性,以及受到阵风和大气紊流等外界扰动下的动态特性,研究了柔性模块引起的变形对稳定性的影响。然后,针对输入受限的大柔性飞行器,设计姿态跟踪控制系统。采用平衡奇异值摄动法将高阶模型降阶,并比较降阶前后特性,保证降阶模型准确性。设计线性二次型调节器(LQR)作为基础控制器,考虑不确定性,设计飞行器的模型参考自适应控制器。针对输入受限问题,采用?修正方法对超过饱和界限的输入进行缩减,同时修正参考模型,利用李雅普诺夫稳定判据证明系统稳定性并进行仿真验证。最后,对输入受限的大柔性飞行器控制系统进行优化。采用遗传算法寻优代替试凑法得到基础LQR控制器的权重矩阵,仿真结果表明,优化后收敛速度更快,控制效果更好;考虑到大柔性飞行器对扰动较为敏感,对自适应律进行投影运算,结果表明投影算法能有效保证系统鲁棒性。