高超声速飞行器已成为航空航天领域极其重要的发展方向之一，它的发展水平体现了各国的科技实力和综合国力。控制技术是高超声速飞行器的关键技术之一，是实现飞行器飞行任务的关键。而高超声速飞行器具有飞行速度快、飞行包线大、耦合、不确定等特点，使得其控制系统的设计成为具有挑战性的课题。围绕这一课题，论文系统的对高超声速飞行器巡航段和再入段控制问题进行研究。首先，考虑气动参数不确定影响下的弹性高超声速飞行器巡航段控制问题，提出了自适应反步控制策略。为降低控制器设计的复杂性，将弹性动态作为刚体系统的扰动，建立了面向控制模型。基于对面向控制模型的分析，将其分为速度子系统和高度子系统。通过设计自适应律对各子系统中的不确定的上界进行估计。结合动态逆方法和自适应设计速度子系统的控制输入；高度子系统中，将高度的跟踪控制转化为航迹角的跟踪控制，继而对航迹角动态、攻角动态、俯仰角速率动态，采用自适应反步法设计控制输入。仿真验证了设计的控制策略实现了速度和高度的稳定跟踪控制。其次，考虑输入约束与气动参数不确定影响下的弹性高超声速飞行器巡航段控制问题，提出了鲁棒自适应动态面控制策略。速度和高度子系统中的未知非线性函数通过RBFNN逼近。利用最小学习参数法解决了估计神经网络理想权值时导致的计算复杂度问题。结合动态逆、RBFNN与鲁棒自适应控制设计速度子系统的控制器。而高度的控制通过航迹角的跟踪控制实现，结合鲁棒自适应动态面控制和RBFNN设计了高度子系统的控制器。为了处理输入约束，构造子系统的附加系统以分析输入约束的作用,并将其状态用于控制器设计和稳定性分析中。基于Lyapunov稳定性理论分析了跟踪误差收敛到任意小邻域，并通过仿真验证了鲁棒自适应动态面控制器处理输入约束和不确定的有效性。再次，考虑转动惯量矩阵不确定和力矩扰动影响下的高超声速飞行器再入姿态控制问题，提出了鲁棒自适应反步控制策略。建立带有不满足线性参数化条件的不确定的面向控制模型，并将其分为姿态角子系统与姿态角速率子系统。通过设计自适应律实现姿态角子系统中不确定的未知上界的估计；引入鲁棒项克服姿态角速率子系统中的不确定与力矩扰动。基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性，跟踪误差收敛到原点附近的任意小邻域。基于六自由度模型的仿真验证了所设计的控制策略的跟踪性能。最后，考虑输入约束、转动惯量矩阵不确定及力矩扰动影响下的高超声速飞行器再入姿态控制问题，提出了鲁棒自适应滤波反步控制策略。通过设计鲁棒型自适应律对不确定的上界进行估计，引入二阶鲁棒滤波器，对虚拟控制的导数进行估计，避免传统反步法中“计算爆炸”问题。为了避免控制输入超过约束范围，设计附加系统对输入约束进行分析，并将其状态用于控制器设计及稳定性分析中。通过Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性，并证明了跟踪误差收敛到任意小邻域。基于六自由度模型的仿真验证了所设计的控制策略在输入约束、转动惯量矩阵不确定以及外界扰动综合影响下的跟踪性能。