高超声速飞行器是一种新型航空航天飞行器，有着重要的军事价值和民用价值，近年来受到了各军事大国的广泛关注.高超声速飞行器系统具有多变量、强耦合、严重非线性等复杂特征，为这样一类系统设计控制器是一件极具挑战性的课题.围绕这一课题，本文在高超声速飞行器的非线性控制器设计方面展开深入的研究，主要内容如下:　　 (1)对于存在外部干扰情况下的高超声速飞行器纵向模型的跟踪控制问题，提出了基于有限时间反馈控制和非线性干扰观测器(Nonlinear disturbance observer, NDOB)前馈补偿的复合控制策略.首先，根据纵向模型的特点，把系统分为两个子系统:高度子系统和速度子系统.然后，对于每个子系统，把一些非线性耦合项看作系统的内部干扰和外部干扰组成系统的集总干扰，并且利用NDOB来估计集总干扰，相应的估计值用来前馈补偿.同时，为了进一步提高闭环系统的抗干扰能力，反馈控制律采用连续的有限时间控制律.此复合控制策略可保证系统的输出稳定地跟踪参考信号.仿真结果验证了所提的复合控制方法比传统的控制方法有更好的收敛和抗干扰性能.　　 (2)利用有限时间积分滑模反馈控制和NDOB前馈补偿进一步研究了带有外部干扰的高超声速飞行器纵向模型的跟踪控制问题.首先，借助有限时间积分滑模控制方法，给出了一种有限时间积分滑模控制器.然而，滑模控制器中的切换增益需大于干扰的上界，在系统存在强干扰时，高的切换增益使得闭环系统抖振现象更加恶化.为了减弱抖振，给出了一种引入了基于NDOB前馈补偿的有限时间积分滑模控制器.而改进的滑模控制器的切换增益只需大于干扰补偿误差的上界，这样就大大减弱了闭环系统的抖振又不牺牲闭环系统的抗干扰性能.最后，仿真结果验证了所提控制算法的有效性.　　 (3)研究了带不匹配干扰的高超声速飞行器纵向模型的跟踪控制问题.首先，借助back-stepping方法和NDOB前馈补偿设计，研究了一类带有不匹配干扰的非线性系统的复合控制器设计.复合控制器的设计与传统的back-stepping控制器设计的不同之处在于:在每一步的虚拟控制律设计中引入了干扰估计值来补偿不匹配干扰.利用Lyapunov函数方法，分析了闭环系统的稳定性.此复合控制器可以保证系统的输出渐近收敛到零.接着，利用所得的结果应用到高超声速飞行器纵向模型的跟踪控制问题上.最后通过仿真比较，验证了所提方法在存在不匹配干扰时仍能够获得良好的性能.　　 (4)研究了存在外部干扰和执行器故障情况下的高超声速飞行器纵向模型的容错控制策略.首先，利用有限时间积分滑模控制方法设计了有限时间积分滑模容错控制策略.然而，此策略需要知道外部干扰的上界和执行器效率因子的最小值.其次，给出了一种改进的自适应容错控制策略，其中外部干扰的上界和执行器效率因子的最小值是通过自适应控制技术得到的.因而，改进的控制策略不需要执行器故障的任何信息.最后，仿真结果验证了所提的容错控制器对执行器故障有良好的容错能力.　　 (5)研究了存在外部干扰、执行器故障和执行器输入饱和情况下的高超声速飞行器纵向模型的跟踪控制问题.首先，考虑存在外部干扰和执行器故障时的高超声速飞行器纵向模型的容错跟踪控制问题，给出了一种需要外部干扰和执行器效率因子信息的容错控制策略.接下来，设计了一种改进的自适应容错控制策略，在此方法中，两个自适应律分别用来估计外部干扰的上界和执行器效率因子的最小值.最后，考虑了带有执行器饱和的高超声速飞行器纵向模型的容错控制问题，给出了一种新的自适应容错控制策略.而且，后两种容错控制策略不需要前面提到的信息.所有控制算法的控制增益可以通过求解一组线性矩阵不等式(Linear matrix inequalities，LMIs)得到.最后，仿真结果验证了所提的控制器在有外部干扰、执行器故障和执行器饱和情况下仍然能保证系统具有良好的性能.