高超声速飞行器是指飞行马赫数大于5的飞行器，它是一种近空间飞行器。“近空间”可简单理解为：现有飞机飞行的最高高度（约20Km）和卫星运行轨道的最低高度（约100Km）间的空域。近空间飞行器可定性描述为：能持久稳定运行于近空间执行特定任务的各种飞行器。近空间飞行器的发展涉及国家安全与和平利用空间，是目前国际竞相争夺空间技术的焦点之一，是综合国力的体现。近空间飞行器的出现将促生新的作战样式，改写联合作战理论，并对未来技术局部战争产生重大影响。
高超声速飞行器与常规的飞行器相比其整体布局采用机身发动机一体化设计，这使得各个子系统之间具有更强的耦合性和非线性。为了满足高超声速飞行器在复杂的飞行条件下仍然拥有稳定的飞行性能和良好的飞行品质，必须采用全新的控制手段。
本文主要对高超声速飞行器模型进行分析，采用极点配置方法、LQR控制与控制三种方法设计控制器，并比较反馈系统之间的调节性能和抗干扰性能。
从高超声速飞行器纵向运动方程中的状态来看，可以将5个状态分成快慢不同的变量。转动角速度矢量如俯仰角速率，由于该变量变化快，故称之为快变量，快变量时为增加飞行器转动阻尼所必须的；姿态矢量如迎角是慢变量，它的产生是由角速度矢量经过一次积分形成的，该状态变量时大迎角机动控制和稳定所必需的；速度矢量如飞行速度比姿态矢量还慢称之为较慢变量，因为它的产生是由推力和相对于速度轴的姿态矢量产生的法向力和侧向力经一次积分后形成的，该状态时控制飞行轨迹所必须的。
根据式(2.7)中的系统矩阵A，用Matlab可求出开环系统的5个特征根为：，，，，。可知系统存在一个正实数的极点，该极点对应的模态为短周期模态，对应的状态为快变量，此极点说明高超声速飞行器纵向模型是不稳定的，这样设计的目的是为了提高飞行机动性能。高超声速飞行器在低速飞行时，开环特性是稳定的，但随着马赫数的增加，开环特性趋于不稳定。事实证明，马赫数越高，不稳定极点个数有增加的趋势。同时系统存在一个几乎和原点重合的极点，该极点对应状态量h，这表明高度的变化引起的空气密度和静压的变化较小。此外，系统还存在一对很特殊的极点，这对极点非常靠近虚轴，该类极点对应慢变状态，对应的模态为长周期模态，表明高超声速飞行器具有一种缓慢的飞行航迹振荡特性。由于高超声速飞行器纵向模型是不稳定的系统，若不对其进行控制，系统则毫无意义，必须要设计控制器使其稳定且有较好的性能。
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