高超声速飞行器静不稳定性、机身/推进一体化设计和大包线飞行过程中飞行器气动焦点变化等因素，使得高超声速飞行器的轨迹与控制设计具有极大挑战。本文以高超声速飞行器为对象，研究了飞行器质心位置变化与非线性强耦合的动力学之间的关联及大包线飞行中的变质心辅助控制问题。
　　首先，对研究的高超声速飞行器通过几何参数化建立了完整的纵向动力学模型，并将质心位置反映在气动系数的表达式中。进而，在质心位置变化的条件下，探究其对模型静动态特性及控制性能的影响。
　　其次，提出一种面向一体化的高超声速飞行器变参代理建模方法，建立了高超声速飞行器以高度、马赫数及质心位置为调度参数的变参代理模型。通过仿真校验，验证了所建模型具有良好的保真度，可以用于控制系统设计。
　　然后，基于高超声速飞行器的爬升-巡航飞行任务，提出了一种爬升段关键任务点的优选方案，确定了爬升起始任务点和爬升末端任务点，并考虑飞行器质心位置不确定性，对爬升末端任务点进行了鲁棒优化。由优选的关键任务点采用高斯伪谱法设计了参考轨迹，静态分析了质心变化下的轨迹性能。
　　最后，针对参考轨迹结合保护映射理论设计了变质心辅助调节律，再采用线性二次调节(Linear Quadratic Regulator，以下简称LQR)理论对飞行器变参代理模型设计了控制器，构成了完整的变质心辅助跟踪控制器。通过仿真试验，验证了变质心辅助控制能有效改善飞行控制性能。