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在飞机的纵向运动控制中,俯仰角控制是非常重要的控制模态，飞机爬升段和下降段经常采用这种控制模态。在控制系统设计时，超调量是重要的动态时域指标之一。为了保证飞行安全，在设计高精度姿态控制律时，往往希望闭环系统的姿态响应具有小超调，甚至无超调。特别地，对于飞机的起飞和着陆段，以及空中加油任务来说，对俯仰角跟踪的超调量有严格要求。对飞机的六自由度方程经解耦和小扰动线性化处理后，可以得到四阶的俯仰角控制模型和简化近似的双积分模型。对于四阶模型，由于闭环系统阶数较高，利用解析法分析无超调条件比较复杂，所以本论文运用状态空间分析方法，分别设计了基于状态反馈和输出反馈的控制算法；对于双积分模型，由于回路中积分环节的影响，线性PID控制不能实现无超调跟踪，本论文运用切换系统理论，设计了基于切换逻辑的控制算法。二者都实现了俯仰角的无超调跟踪。更具体地，本文的主要研究成果如下：1.建立飞机的俯仰角模型，并提出的无超调跟踪控制问题。对飞机六自由度全量方程进行处理，经过解耦和线性化，得到俯仰角动态的四阶模型和简化的双积分模型。并结合这两种模型，分析了现有方法的不足。2.针对四阶模型，分别设计了设计基于状态反馈的控制律算法和基于输出反馈的控制律算法。状态反馈控制律由误差反馈项和前馈控制项组成；而输出反馈控制律的反馈状态是输出通过Luenberger观测器估计得到的。理论上，分析了这些算法实现无超调控制的可行性，并给出了Matlab数值仿真验证。3.针对双积分模型，构造了基于切换逻辑的控制律算法。该方法的基本思想是：采用两个不同的线性PD控制器分阶段进行控制，以克服线性PD控制的不足，得到非线性控制的效果，实现对阶跃参考信号的无超调跟踪。数值仿真得到验证。4.搭建了综合数值仿真平台，利用F-16战斗机的俯仰角控制模型，对传统算法和本论文设计的算法进行了仿真、验证和对比。首先，实现了目前飞行控制工程中惯用的内外回路控制律，给出了飞机俯仰角控制的仿真结果；然后，与本论文设计的基于状态反馈的控制律算法进行了分析和对比。