变体飞行器能够在不同的飞行环境和飞行任务中主动或被动地改变外形结构,确保在不同的飞行阶段始终具有最优的飞行性能,从而提高环境适应能力,满足大范围多任务需求。变体飞行器的优势和潜力使其得到了许多国家的关注,在如何设计合理可行的变形机构以实现期望的结构变形方面开展了大量工作,但对于在飞行中发生结构变形时如何协调变形机构的控制与飞行器自身的运动控制还有许多有待解决的问题。本文针对变体飞行器变形与飞行的协调控制问题,以可变机翼展长的变翼展飞行器和可变机翼厚度的变厚度飞行器为对象,重点研究了变体飞行器的动力学建模、变形与飞行的特性分析、不同任务需求下的变形飞行过程与协调控制策略,并研制了一套变体飞行器变形飞行的原理演示系统。首先,研究了变体飞行器的气动参数建模与非线性动力学建模问题。通过气动仿真软件DATCOM获取了两种变体飞行器在飞行包线内相关工作点的纵向气动参数,建立了气动参数关于结构变形的函数模型,明确展现了结构变形能够直接改变飞行器气动特性这一变体飞行器区别于常规飞行器的重要特征。进一步,建立了变体飞行器包含结构变形特征的纵向非线性动力学模型,表明了变体飞行器的运动状态与结构变形相互耦合影响的本质特点。其次,研究了变体飞行器在巡航中发生结构变形时的变形稳定飞行协调控制问题。建立了变体飞行器在一定飞行条件下的纵向线性变参数(Linear Parameter-Varying,LPV)模型,提出了基于标称LPV模型的鲁棒增益调度控制(Robust Gain-Scheduled Control,RGSC)策略,避免了一般增益调度控制方法对于网格划分与控制插值的不确定性,保证了闭环系统的全局稳定。考虑复合干扰,提出了基于滑模干扰观测器的鲁棒增益调度控制(Robust Gain-Scheduled Control with Sliding Mode Disturbance Observer,RGSC/SMDO)策略,通过干扰观测补偿控制保证了闭环系统的鲁棒性能。仿真结果表明,结构变形能直接影响变体飞行器的飞行特性和运动模态;RGSC/SMDO能保证变体飞行器更好地完成变形稳定飞行,并消除复合干扰的影响;变体飞行器能通过结构变形以更少的燃油消耗实现同样的巡航飞行,体现了变体飞行器相较于常规飞行器的优势。接着,研究了变体飞行器在机动飞行中协同结构变形到达目标飞行状态的变形协同飞行协调控制问题。建立了变体飞行器全包线纵向T-S模糊模型,提出了模糊鲁棒H∞控制(Fuzzy Robust H∞Control,FRHC)策略,保证了闭环系统的全局稳定和鲁棒性能,并能渐近跟踪目标飞行状态。为降低控制设计的保守性,将变体飞行器的连续T-S模糊模型离散化,提出了离散模糊鲁棒H∞控制(Discrete Fuzzy Robust H∞Control,DFRHC)策略,更好地保证了闭环系统的全局稳定、鲁棒性能和跟踪精度。仿真结果表明,DFRHC能保证变体飞行器很好地完成跨高度、跨速度的变形协同飞行;变体飞行器能协同结构变形改善机动飞行性能,扩大飞行包线范围,体现了变体飞行器相较于常规飞行器的优势。然后,研究了变体飞行器利用变形辅助机动跟踪目标飞行状态的协调控制问题。将结构变形视为辅助操纵方式,建立了变体飞行器变形辅助机动的纵向非线性动力学模型。通过反馈线性化得到了输入-输出线性化解耦模型,提出了非奇异动态终端滑模控制(Non-singular Dynamic Terminal Sliding Mode Control,NDTSMC)策略,使得系统状态能在有限时间内收敛,并更好地消除控制抖振,保证了闭环系统的全局稳定、鲁棒性能和跟踪精度。仿真结果表明,NDTSMC能保证变体飞行器利用变形辅助机动更好地完成航迹跟踪过程;变形辅助机动的变体飞行器比常规飞行器具有更强的机动性能和更好的抗干扰能力,能以更高的能量效率实现更优的机动飞行,体现了变体飞行器相较于常规飞行器的优势。最后,研制了一套变体飞行器变形飞行原理演示系统。将演示系统设计为变体飞行器飞行控制计算机、机翼变形控制计算机和变形机翼智能仿真平台三个部分,研制了基于控制器局域网(Controller Area Network,CAN)总线的分布式驱动变形机翼智能仿真平台,开发了基于C++和MATLAB的机翼变形控制软件和变体飞行器飞行控制软件。对变厚度飞行器变形稳定飞行、变形协同飞行和变形辅助机动分别进行了演示实验,验证了变体飞行器变形与飞行的协调控制原理和方案,为未来变体飞行器及空天飞行器的设计与实现提供了有价值的参考思路。