高超声速飞行器具有极其迅速的响应速度和打击能力，是新世纪各国空间飞行器的研究热点。它的动力学模型具有非线性、不确定性和强耦合性等特征，这给飞行器控制系统的设计提出了很高的要求。本文主要针对飞行器巡航段的纵向模型开展相关控制方法的研究。首先，根据高超声速飞行器飞行环境和自身特点，建立其全状态模型和巡航段纵向模型。参考NASA的Winged-Cone锥形体试验机数据，给出了力，力矩等各个子环节模型，为后续控制器设计奠定基础。其次，对高超声速飞行器纵向模型进行了小扰动线性化，设计了两种线性控制律。其中针对速度和高度的跟踪任务，设计了基于极点配置的渐近跟踪控制律；针对速度高度通路的耦合问题，设计了带补偿的动态解耦控制律，实现了双通道各自独立的PID控制。此外，考虑到系统整体鲁棒性，将传统SISO系统稳定裕度进行拓展给出了高超声速飞行器控制系统稳定裕度分析算法。最后，考虑到模型中存在的参数和干扰不确定性，直接针对飞行器纵向非线性模型设计了两种非线性控制算法。整个过程中，先基于微分几何理论得出了原系统等价精确线性化解耦模型，之后分别针对不同类型不确定性，设计了具有鲁棒性的滑模控制律和反步控制律，实现了巡航过程中对速度和高度指令的跟踪。