为适应巡航式冲压增程制导炮弹在巡航飞行过程中质心不断前移、气动参数变化范围大这一特征, 实现在巡航飞行过程中的自适应控制, 设计了一种基于模糊自适应PID算法的三回路自动驾驶仪。首先, 由小扰动法将纵向平面内炮弹运动方程组线性化并推导炮弹各姿态角的传递函数, 同时选取巡航始末位置特征点进行动态特性分析; 在此基础上设计三回路自动驾驶仪以提升系统相角裕度, 改善其阻尼特性; 由频域分析法和根轨迹法设计巡航始末位置特征点处的内回路控制参数, 并用插值计算得出其他非特征点的内回路控制参数; 外回路采用模糊自适应PID进行设计。仿真结果表明, 在巡航飞行过程中, 模糊自适应算法所设计的自动驾驶仪具有良好的控制品质。

针对由弹丸滚转引起的控制耦合问题，利用多变量频域响应理论研究了弹体滚转对制导炮弹控制耦合的影响并给出了解耦方法。推导了舵机控制系统的传递函数模型，分析控制耦合特性，发现弹丸转速小于临界转速时，可忽略控制耦合影响。当弹丸转速大于临界转速时，分别研究了超前安装解耦、串联补偿解耦和舵偏角反馈解耦。仿真结果表明，3种解耦方法均可达到解耦效果。超前安装解耦结构简单、便于实施，但精度较低且受输入信号频率影响较大，适用于普通制导炮弹; 串联补偿解耦方法复杂度低于舵偏角反馈解耦，且不用获取舵偏角反馈信号，适用于高精度制导炮弹。

针对高超声速飞行器纵向模型存在的不确定性与外界干扰问题,基于终端滑模控制理论,设计了带有滑模干扰观测器的非线性动态逆控制器。对飞行器的纵向运动模型进行反馈线性化,实现高度与速度通道的解耦,用极点配置方法设计非线性动态逆控制器。将模型参数不确定性和外界干扰视为“等效扰动”,设计滑模干扰观测器估计系统的等效扰动,将其反馈到动态逆控制器进行补偿。仿真结果表明,该控制器能够快速稳定地跟踪指令信号,而且在干扰存在时具有较强的鲁棒性,满足高超声速飞行控制要求。

针对制导炮弹周期性滚转产生的俯仰和偏航通道之间的交叉耦合效应，采用前馈补偿法解耦结合PID控制器设计了解耦控制算法。建立自旋制导炮弹数学模型，求解得到俯仰和偏航方向的传递函数，利用相对增益判定耦合度并采用前馈补偿法进行解耦，运用PID控制结合前馈补偿器设计制导炮弹的解耦控制系统,该方法简化了控制器，实现了对制导炮弹强耦合系统的解耦。经数值仿真分析可知，所设计的控制方法在强耦合和参数摄动下，具有快速响应能力、较高指令跟踪精度和强鲁棒特性，实现了系统解耦，满足系统性能要求。

针对制导炮弹非线性模型存在参数不确定性、建模误差和外界干扰的特点, 基于动态面设计了制导炮弹的鲁棒自适应控制器, 在设计过程中加入了一阶低通滤波器, 得到虚拟控制量的微分, 从而消除传统反步法中“计算膨胀”的难题。针对模型的不确定参数的影响采用鲁棒函数抵消, 并通过非线性阻尼项消除外界扰动, 最后由Lyapunov方法证明该闭环系统为半全局稳定。该设计方法较为简单, 在有效利用已知信息的前提下, 放宽了不确定项的限制条件, 且跟踪误差可以通过控制器的可调参数加以调整。仿真结果证明了该方法的有效性。

针对制导炮弹非线性模型且带有不确定气动参数的情况，研究采用反步法与I&I方法相结合的方式来设计控制器。首先建立了参数估计误差流形，再通过控制器输入及参数适应率确保该流形不变且吸引,让参数估计误差在这一流形上趋向于0，采用该方法设计的参数估计器不必遵循确定性——等价性原理，最后由Lyapunov 稳定性理论验证了炮弹闭环控制系统的稳定性。仿真结果表明，基于该方法设计的控制器在部分气动系数不确定的情况下仍能精确跟踪攻角。