由于巨大的军事与民用价值,高超声速飞行器已成为世界各强国极度重视的战略制高点,其中作为关键技术的飞行控制技术成为了引起广泛关注的前沿课题和研究热点。与传统飞行器相比,高超声速飞行器具有强非线性、强耦合特性、严重不确定性与快时变等特点,给飞行控制系统的设计带来了极大的挑战。对于高超声速飞行器在巡航飞行段的速度和高度跟踪控制问题,本论文基于类X-43A飞行器构型,建立了高超声速飞行器机体/推进一体化耦合模型,通过面向控制的模型简化处理,将高超声速飞行器的跟踪控制问题简化为带有非匹配性干扰的不确定非线性系统控制问题。针对该问题,本文以系统干扰抑制为主线,分别提出系统干扰的间接抑制方法和直接抑制方法。首先,对于系统干扰强度较小的情况,研究了三种系统干扰的间接抑制方法,即基于随机鲁棒性分析的控制方法、高阶滑模控制方法和分数阶滑模复合控制方法。仿真结果表明,间接抑制方法依靠算法自身所具有的鲁棒特性,能够抑制强度较弱的系统干扰,满足高超声速飞行器的跟踪控制要求。其次,对于系统干扰强度较大的情况,研究了两种系统干扰的直接抑制方法,即基于不确定性与干扰估计器的控制方法和基于干扰解耦的控制方法。仿真结果表明,由于对系统干扰进行了观测和处理,直接抑制方法能够抑制强度较大的系统干扰,即所有气动系数的扰动相对于基准值具有±30%的不确定性,实现了高超声速飞行器的跟踪控制目标。本文主要创新工作总结如下:1)由于高超声速飞行器纵向模型具有强非线性、强耦合特性、参数不确定性等特点,需要设计具有高精度、强鲁棒性的跟踪控制器。本文采用基于随机鲁棒性分析的控制方法进行速度和高度跟踪控制,采用一种新型的混合粒子群优化算法对线性二次调节器的控制参数进行寻优计算,解决传统遗传算法过早收敛和优化能力不足的问题;并且针对高阶滑模控制器的参数设计问题,提出了一种基于随机鲁棒性分析的参数整定策略,为高阶滑模控制器提供了一组全新的可行参数。2)为了弱化输入输出反馈线性化技术对精确模型的过渡依赖性,本文基于线性二次最优理论,提出了一种全新的分数阶滑模复合控制策略。该控制策略由连续控制和非连续控制两部分组成。连续控制律基于线性二次调节器进行设计,确保闭环系统的快速收敛性;非连续控制律基于分数阶滑模控制进行设计,用于消除系统不确定性的影响,保证闭环系统的鲁棒性。3)对于高超声速飞行器纵向模型中具有较大系统干扰的情况,本文基于反步法的设计理念,设计了一种基于不确定性与干扰估计器的控制策略,将高超声速飞行器的纵向模型简化为带有不确定性与干扰的积分链闭环形式,采用不确定性与干扰估计器对系统干扰进行实时估计,以补偿基准控制律。