为了满足载人登月、深空探测等任务需求,发展重型运载火箭已势在必行。重型运载火箭较传统运载火箭其自身有着独特的动力学特征,一方面,弹性振动模态频率更低且低阶弹性振动模态密集;另一方面,由于其尺寸大无法进行地面全箭实验,一些关键动力学模型参数无法准确获知,且这些参数会随着飞行过程发生变化。上述因素增大了运载火箭姿态控制器的设计难度。本文针对以上问题开展了重型运载火箭的传感器布局优化与自适应增广控制研究,解决了重型运载火箭的姿态控制问题。主要研究内容如下:(1)重型运载火箭动力学建模。利用牛顿—欧拉法建立运载火箭俯仰通道下的刚体动力学方程,在此基础上引入弹性振动,得到运载火箭俯仰通道刚弹耦合动力学方程,为后续研究提供数学模型。(2)传感器布局优化。传感器的布局位置决定了测量信号中由弹性振动产生的附加姿态信号的强弱,而良好的传感器布局方式能有效地消除或降低测量信号中弹性信息,从而降低火箭姿态控制器的设计难度,且提高控制效果。以两个速率陀螺传感器的布局为例,开展传感器布局优化算法研究,并深入研究了算法的内在机理。在传感器布局优化基础上,针对火箭姿态动力学模型分别开展了控制器和校正网络设计,并模拟多种工况验证了上述设计的有效性。(3)自适应增广控制(Adaptive Augmenting Control,AAC)机理分析与控制器设计。详细分析了AAC的作用机理,并针对AAC基本形式给出了稳定性证明。在此基础上,通过分析改进形式的控制器结构,研究了改进形式的优势。为了提高运载火箭姿态控制效果,开展了自适应增广控制器的设计研究。分别设计理基于基本形式和改进形式的自适应增广控制器,并结合多种典型工况对所设计控制器进行有效性验证,同时也与PD+校正网络的传统姿态控制器进行了比较。仿真结果表明:自适应增广控制能有效降低参数不确定性对姿态控制带来的负面影响,控制效果良好。