本文以我国平流层通信平台的研究项目为背景，对项目中的飞艇的压力控制系统的建模和控制问题展开了研究。 与传统飞行器不同，飞艇的升力主要由气囊中升浮气体产生的浮力来提供。所以，对气囊进行压力控制是飞艇控制非常重要重要的一个环节。压力控制过程涉及飞艇的安全控制、升降控制、俯仰控制等，还与飞艇的动力系统以及外部大气环境和气象条件相关，因此具有相当的复杂性。 压力控制系统的主要作用是有: (1) 外形保持。飞艇是充气的柔性体,必须通过压力控制,使得飞艇在整个飞行过程中内外差压始终保持在一定范围之内,从而保持整个飞艇的外部形状。在飞艇上升期间,外部大气压强降低,相应地,应通过差压阀门放气保持内外压差一致。在飞艇下降过程中,随着飞艇高度降低,外部压力增加,飞艇内部趋向负压,需打开鼓风机充气,维持压差。 (2) 升力控制。飞艇的主要升力源是它所受的浮力,外形压力保持系统使飞艇外形始终不变,飞艇所受浮力就主要取决于此高度的空气密度。由于大气密度随着高度的不同而有很大变化,因此在上升和下降过程中,为了调整飞艇的净升力大小,需要对飞艇内部空气与氦气比例加以控制。一般采用的方法是在飞艇前后各有一副气囊,通过对各个副气囊进行充放气,实现升力控制和纵向配平控制。 作为研究压力控制问题的基础，飞艇压力控制数学模型的建立是必要和关键的，这对于控制策略的制定、控制系统的设计都有着重要意义。考虑到在飞艇研制的初期，缺乏实验数据，所以本文采用机理分析的方法，在详细分析飞艇受力情况的基础上，依据力学原理分别建立了飞艇的浮力模型，压差模型和重心模型，作为研究飞艇压力控制问题的基础。 本文将飞艇的压力控制分为两个方面：安全性控制和配平控制。在飞艇压力控制模型的基础上，分别对安全性控制和配平控制进行了稳定性分析。并运用实际数据进行了仿真。说明了压力控制的可行性。 通过对飞艇压力控制系统模型的分析，本文将飞艇的压力控制问题转换为轨迹设计问题。首先设计出了气囊充放气的控制律。接下来分别对理想情况、多充氦气、考虑发动机、考虑空气动力和阻力等情况进行了轨迹设计，说明各种情况下需要考虑的问题。并进行了仿真。 最后，本文还说明了飞艇实际运行时应考虑到的一些因素。包括温度、压强、超热以及氦气纯度、气象条件以及飞艇长度等。分析了各个因素对飞艇飞行的影响。