近空间(NearSpace)是指距离地面20～100km的空域。近空间高超声速飞行器(NearSpaceHypersonicVehicle，NSHV)是各国大力发展的新型航空航天飞行器。由于其重要的军事和民用价值，美欧等世界大国都制定了各自的高超声速飞行器研究计划。然而我国在近空间高超声速飞行器方面尚处于起步和预研阶段。与传统意义上的飞行器相比，近空间高超声速飞行器具有强耦合、多工作模式和大范围高速机动等特点使得飞行器的建模与控制系统的设计成为极具挑战性的课题。本文紧密围绕这一科学前沿课题，对近空间高超声速飞行器的建模和线性变参数(LPV)跟踪控制进行了较为深入的研究。主要内容概括如下:　　 (1)根据国内外公开发表的研究成果，建立了一类具有三角形机翼、单垂直尾翼的有翼圆锥体近空间高超声速飞行器的六自由度数学模型。这种翼身组合体的气动外形具有较高的升阻比和机动性，可提高落点精度;为不失一般性，考虑在空气稀薄再入阶段特殊环境下的控制问题，设计了开关型喷流反作用控制系统，气动舵面与反作用控制系统配合实现飞行器的控制;分析了该类近空间高超声速飞行器的动力学特性和开环耦合特性，仿真验证表明本文建立的数学模型能够体现出近空间高超声速飞行器复杂的非线性、耦合性以及快时变性等特点;为该类飞行器的控制系统设计提供了较为完整的非线性模型，可以作为研究该类近空间高超声速飞行器轨迹优化、姿态控制等问题的仿真平台。　　 (2)针对近空间高超声速飞行器的纵向运动系统和姿态系统，分别选择能够表征飞行器动态特征的飞行速度、高度和马赫数、动压作为调度变量，利用Jacobian线性化和T-P模型转化的方法，建立了高超声速飞行器纵向运动的多胞LPV模型和姿态多胞LPV模型。为了验证建立的多胞LPV模型是否具有原始非线性模型的非线性特征，我们首先研究了纵向运动模型和姿态模型的开环仿真验证;再次，在不考虑弹性模态影响的情况下，研究了刚体高超声速飞行器纵向多胞LPV模型的单工作点多目标最优H2/LQR控制仿真验证。仿真验证结果表明本文建立的多胞LPV模型捕获了原始非线性模型的非线性特性且可以作为控制器的设计模型。　　 (3)针对建立的高超声速飞行器纵向运动多胞LPV模型，提出了一种多胞线性变参数跟踪控制方法。该方法通过求解线性不等式(LMI)约束分别求解速度和高度跟踪控制器，设计的控制器保证了高超声速飞行器闭环系统的H2性能指标。与传统线性变参数控制方法相比，我们的方法大大地减少了求解线性矩阵不等式的个数，降低了控制器设计的难度。非线性数值仿真验证说明了该方法的有效性。　　 (4)分别基于单一Lyapunov函数方法和多Lyapunov函数方法，提出了近空间高超声速飞行器的LPV切换跟踪控制方法。首先，将高超声速飞行器的飞行包线划分为四个子区域，针对每个划分的子参数区域，分别利用单一Lyapunov方法和多Lyapunov方法设计LPV状态反馈跟踪控制器;然后，根据调度参数的值定义一个切换特征函数并以此来切换设计的LPV控制器，从而实现飞行器在整个飞行包线内的全局稳定控制和满足指定的速度和高度跟踪性能指标;最后，非线性数值仿真结果说明了提出方法的有效性。　　 (5)针对近空间高超声速飞行器的纵向运动动态，提出了一种基于观测器的LPV输出反馈跟踪控制方法。考虑到高超声速飞行器的部分状态不可测，我们设计一种LPV状态观测器在线观测飞行器的状态变量，然后，利用在线观测到的飞行器状态信息，针对每个划分的参数子区域分别设计基于观测器的LPV输出反馈跟踪控制器并通过定义的切换特征函数进行切换，通过求解一组LMIs得到控制器增益的具体形式，最终实现飞行器的全局稳定跟踪控制。最后，通过多Lyapunov函数方法证明了观测误差和跟踪误差会收敛到一个稳定的小区域且该方法比参数依赖型Lyapunov方法具有更少的保守性。非线性数值仿真说明了本文提出的方法具有满意的速度和高度跟踪性能。