本文以有动力滑翔面对称飞行器为研究背景,针对多约束轨迹优化、三维轨迹跟踪、制导控制一体化控制系统设计、末端多约束三维制导律设计等关键技术进行研究。主要研究成果如下:1)针对大气层内的有动力滑翔飞行器,给出了相关坐标系的定义及坐标系间的转换关系,建立了有动力滑翔飞行器运动方程,以及大气模型、气动力模型等。根据不同飞行阶段的特性,进行不同的假设并建立了不同阶段的飞行器运动学和动力学数学模型,包括纵向平面质点运动模型、三自由度质点运动模型,为轨迹优化、轨迹跟踪和制导控制系统设计等问题奠定基础。2)针对纵向平面最大航程轨迹优化问题,分析了有动力滑翔段参数与助推发动机参数的关系,给出了助推发动机推力的选取方法,对基于最大升阻比滑翔方案的纵向最大航程轨迹优化问题进行了描述,给出了采用极值原理求解纵向最大航程轨迹优化问题的方法。研究了Bolza型非线性最优控制问题的多阶段轨迹优化方法,提出一种多阶段自适应Radau伪谱轨迹优化方法,用于求解最优轨迹优化问题。该方法利用了高斯正交的指数收敛性质,使用分段多项式拟合状态,并将微分方程分配在每个时间子区间的正交点上,通过解决有限维数学规划问题获得正交点上的状态量与控制量的估计值,并根据状态量的拟合精度自适应调整区段的数量或区段内插值多项式的阶次。运用所设计的自适应伪谱轨迹优化方法求解纵向最大航程问题和三维避障最优轨迹问题,仿真结果表明该优化方法能够优化出满足约束条件的最优轨迹。3)针对面对称飞行器的三维飞行轨迹的跟踪问题,考虑到实际飞行过程中的系统参数摄动与外部干扰引起的不确定性,应用自抗扰控制理论,根据不同飞行任务要求分别设计了两种自抗扰轨迹跟踪控制器,一种控制器严格跟随期望轨迹的速度与位置信息,另一种控制器跟随期望轨迹的位置而时间自由。仿真表明,设计的自抗扰轨迹跟踪控制器有效地补偿了系统参数摄动和风干扰引起的不确定性。4)针对倾斜转弯飞行在制导过程中引起通道间耦合作用的问题,基于变结构控制、动态逆控制等理论研究了飞行器制导控制一体化控制系统设计技术。结合面对称飞行器的特性,建立了面对称飞行器制导控制一体化设计模型。基于变结构理论设计了具有末端角度约束的制导控制一体化控制器,并运用基于最小滑模误差准则估计等效控制误差的方法抑制滑模控制器产生的抖振。基于多滑模面变结构控制理论,采用块反步动态逆方法设计三维制导控制一体化控制器。通过六自由度仿真验证了所设计的一体化控制器的可行性。5)针对面对称飞行器的末制导问题,提出了一种基于鲁棒控制理论的考虑通道耦合补偿的具有末端角度约束的多约束三维制导律。分析了弹目相对运动俯冲平面和转弯平面间的运动耦合量。针对有动力滑翔段结束时飞行器速度方向偏离目标的情况,所设计的三维鲁棒制导律可以满足脱靶量和末端角度约束要求,具有飞行稳定性更高的优点。