高超声速飞行器具有突防能力强，全球快速到达等优点，在军用和民用方面都有着良好的成本效益和巨大的发展前景，成为多年来世界各国研究的热点。本文在充分了解高超声速飞行器国内外研究现状的基础上，针对乘波布局高超声速巡航飞行器的轨迹控制问题进行研究，主要内容为：将地球视为球体，考虑地球自转影响，利用牛顿第二定律、动量矩定律建立了高超声速飞行器六自由度动力学模型。接着，基于欧拉梁理论建立了飞行器弹性振动模型。并在无侧滑无滚转的假设下得到了纵向模型。对高超声速飞行器纵向模型进行了小扰动线性化和模态分析，进而建立了线性变参数(LPV)模型，并基于LPV模型对其进行了动力学特性分析。重点分析了攻角与发动机推力的耦合特性、航迹姿态“解耦”特性和高超声速飞行器的弹性振动特性，在此基础上，分别将其转化为控制问题，并研究了相应的补偿策略。针对高超声速飞行器的舵面饱和问题，设计了L2抗饱和补偿器和基于LMI的抗饱和补偿器，并给出了L2抗饱和补偿器的稳定性证明，接着在考虑输入约束和较强大气紊流干扰的情形下，对这两种控制器的仿真结果进行了对比分析。针对飞行器的伺服弹性稳定性问题，提出了传感器配置和陷波滤波相结合的方法，以抑制弹性振动对刚体运动的影响。针对航迹姿态“解耦”问题，提出了鸭翼升降舵协调控制的方法，并与已有的姿态超调控制方案进行了仿真对比分析。针对高超声速飞行器大范围机动飞行控制问题，本文首先采用动态逆方法对飞行器模型进行了线性化解耦，并设计了LQR控制器，进一步针对模型不确定性引起的控制性能变差问题，设计了滑模变结构控制器，并对以上两种控制器的仿真结果进行了对比分析。然后针对飞行器高超声速、小攻角飞行时攻角和航迹角测量难的问题，设计了非线性滑模状态观测器，并与无观测器时的仿真结果进行了对比分析。最后针对飞行器伺服弹性稳定性问题，采用了配置传感器位置法和陷波滤波法相结合的抑制方法。