翼伞具有体积小、重量轻、易于携带、升阻比高、气动特性优良的特点,相比于圆形降落伞,有着更好的滑翔性能和可操纵性,这决定其具有更大的应用价值和更为广阔的应用前景。由于起步较晚,国内翼伞精确空投研究与国外尚存在一定差距。未来更好地掌握翼伞精确空投技术有助于掌握战场主动权,提高应对自然灾害的能力以及推进航空航天事业的发展。根据项目研究需要,同时为了进一步推进和完善翼伞系统精确空投技术的理论研究,本文从翼伞系统建模、航迹规划、轨迹跟踪控制及未知环境下自主避障控制等几个方面开展了研究。翼伞空投研究的基础之一是建立能够反映翼伞系统运动特性的数学模型。本文根据实际工程应用中翼伞系统为了追求稳定而采用多点连接的特点,将翼伞系统视为一个刚体,建立了翼伞系统6自由度刚体模型,通过多组仿真实验,对6自由度模型的运动特性进行了分析。之后对6自由度刚体模型进行简化,建立了翼伞系统降阶的质点模型,以满足某些只需要关注翼伞系统质心位置及速度的场合的应用需要。翼伞系统航迹规划是实现翼伞系统的自主归航的前提。本文首先分析和研究了传统的简单环境下的分段航迹规划策略及最优控制航迹规划策略。在此基础上,提出了一种组合式航迹规划策略,实现了有障碍物存在的复杂环境下的翼伞系统航迹规划。翼伞系统轨迹跟踪控制是实现翼伞精确空投的关键,要求控制翼伞系统沿着规划的航迹飞行直至到达目标点,且要满足一定的跟踪精度及鲁棒性。为了实现翼伞系统三维轨迹跟踪控制,本文采用传统用于飞机制导的L1制导律实现水平轨迹跟踪,同时采用结合高度误差和下滑角度误差的制导律来实现纵向轨迹跟踪。针对翼伞系统非线性、欠驱动及耦合的特性,本文采用结合了传统PID控制及现代控制理论且自带解耦属性的自抗扰控制策略来设计轨迹跟踪控制器,分别设计了横向和纵向两个控制器来实现翼伞系统对三维理想轨迹的跟踪。仿真实验显示了本文提出的三维轨迹跟踪控制算法具有较高的跟踪精度,同时也证明了算法的正确性。针对未知环境下无法通过事先进行航迹规划再进行轨迹跟踪控制的方式实现翼伞系统自主归航的问题,本文借鉴无人机避障常用的人工势场法,并对基本人工势场法进行改进,同时结合翼伞系统质点模型的运动特性,制定相应的避障策略,采用比例前馈控制策略设计控制器,实现了翼伞系统在未知环境下的自主避障控制。最后,通过仿真实验验证了算法的有效性和可靠性。本文的研究可为翼伞系统建模及自主归航提供理论依据和参考,是对翼伞空投技术理论研究的进一步完善,有助于推动翼伞空投技术的进一步应用。