大型飞艇作为依靠静浮力升空且可长时间驻空的高空飞行器,具有载重大,耗能低的特点,可用于地面监控(例如林火监测)、通信中继或者大载重运输等方面,无论在军事还是民用领域都具有其他飞行器不具备的优势和用途。在实际应用中,要求飞艇在高空中必须保证姿态位置的稳定和可控,故对其进行稳定性分析验证与轨迹跟踪控制器的设计都是研究飞艇时最基本和关键的部分。但是飞艇具有服役环境复杂、体积惯性大、速度缓慢等特点,增加了控制难度。考虑到这些情况,本文针对大型飞艇建立合理数学模型,并在模型基础上进行动力学分析和稳定性评估,然后运用轨迹线性化控制理论(TLC)对飞艇进行轨迹跟踪控制器的设计。本文主要工作如下:1.大型飞艇受力分析及动力学建模。建立坐标系,从空气静力、流体动力、控制动力三个方面考虑,详细分析飞艇在空中的受力情况,并将其转换到统一坐标系中,建立飞艇六自由度非线性飞行动力学模型,推导出其简化的一般表达式,为下一步稳定性分析和轨迹跟踪奠定基础。2.大型飞艇的稳定性评估。利用小扰动线性化方法推导出飞艇的纵、横向小扰动方程,然后结合理论分析方法和计算机仿真方法,分别从横侧向和纵航向两种运动状态对飞艇的稳定性、操纵反应和动态模式三个方面进行评估,分析飞艇的稳定性能和稳定控制规律。3.大型飞艇的轨迹跟踪控制器研究设计。基于六自由度飞艇数学模型,提出了全驱动控制布局的大型飞艇轨迹跟踪控制方法。该方法将整个系统划分成四个控制回路,每个控制回路分别用轨迹线性化控制理论(TLC)进行设计,避免了直接对整个系统求逆的困难。最后运用Matlab工具进行仿真,检验其轨迹跟踪效果。4.大型飞艇轨迹跟踪过程GUI设计。通过Matlab/GUI工具,设计图形用户界面,使用户可以通过简单直接的界面操作,输入飞艇实际结构参数,得到其对应稳定性能分析结果和轨迹跟踪控制仿真结果,方便用户检验飞艇设计成果。