超空泡技术可以大幅减小水下航行体的阻力,提高水下武器的速度及战斗力,因此对超空泡航行体的研究具有重要的战略意义和军事应用价值。超空泡技术在减小阻力的同时,也使航行体因为空泡的包裹而失去水的浮力作用,其动力学特性极其复杂,超空泡航行体的运动方程是一个具有强动态耦合的弱阻尼系统,任何小的扰动都会使它“漂走”,在无控制力的作用下,超空泡航行体在水中会一直下沉。所以一定要配有反馈控制才能工作。本文分析了高速超空泡航行体纵向平面上空化器、尾翼控制面的动力及其尾部滑行力,根据纵平面基本动力学方程,对超空泡航行体的控制设计展开研究,具体的工作和取得的成果如下:针对超空泡航行体的弱阻尼和强耦合特性,提出了采用内外回路的思想来处理状态反馈的问题。设计时先用俯仰角反馈来对弱阻尼的动态特性进行镇定,并与运动学进行解耦。再根据深度信号作为输出,对以运动学方程为主的主回路进行设计。对所设计的系统用Nyquist法进行了理论分析,这种用回路和带宽来确定反馈增益的做法,既能满足深度控制的良好性能要求,又能保证姿态回路的稳定性。设计过程中的每一步都有明确的物理解释,为状态反馈设计提供了一种新的思路,也为超空泡航行体经典控制律给出了完美的注释。针对超空泡航形体尾部与空泡壁碰撞产生扰动,提出了采用H?控制的方法,将对象的滑行力通道也考虑到控制设计中,保证航行体在持续的滑行力扰动下具有良好的性能。结合空化器偏转和尾翼的两输入特性,并根据超空泡航行体的特殊稳定性要求,从Riccati方程的病态问题,低频特性的要求,和姿态稳定性等多方面综合考虑,对H?加权系数的选择作出了详尽的分析讨论,给出了满足了多方面的要求的H?状态反馈控制器。针对超空泡的时滞效应,分析了滑行力的时滞特性,对比研究了时滞特性对超空泡航行体控制性能的影响。指出时滞特性对超空泡航行体的控制性能没有根本性的影响。注意到带时滞的滑行力是一个多变量的非线性函数,为简化分析,提出控制设计时可先采用非时滞的标准模型进行设计,然后再采用时滞模型进行仿真验证。针对当前超空泡航行体尾部与空泡壁周期性碰撞的典型运行模式,探讨了避免拍打的控制设计方案,提出了采用扰动观测器来补偿和消除常值扰动的影响。推导了扰动观测器方程,给出了补偿器设计方案。消除了航行体前进中周期性拍打空泡壁的现象,并避免执行机构行程过大的问题。分析了前人在直接补偿问题上的不成功的案例,为今后超空泡航行体消除拍打的控制设计提供了一个可行的方案。