高超声速飞行器是指在地球大气层内飞行的，采用空气动力作为主要推进及控制方式的，飞行速度大于等于5倍至10倍音速的飞行器，世界各国均对其开展了相当广泛的研究。高超声速飞行器的气动特性与常规飞行器大不相同，一般的控制方法难以对其进行有效的控制。经过合理的假设与简化，本文建立了高超声速飞行器刚体纵平面数学模型，推导出了系统各状态的完整的状态方程，给出了相关参量的具体表达式，状态方程中各状态之间严重耦合。对系统的零极点进行分析，高超声速飞行器系统性能与常规飞行器差异很大，可控制性能较差。自抗扰控制技术已广泛地应用到各领域的工程实践中，本文阐述了经典自抗扰控制器的原理，分析了其中各模块的作用与性能。对经典自抗扰控制器中的部分非线性函数进行改进，使之光滑连续，并应用改进后的非线性函数设计了改进自抗扰控制器。高超声速飞行器在巡航过程中，需对其姿态进行有效的控制。本文设计了高超声速飞行器改进自抗扰姿态控制器，针对攻角控制问题设计了二阶改进自抗扰控制器。通过计算与调试，本文得到了控制器中的具体参数取值。高超声速飞行器的跟踪控制问题与姿态控制问题同样重要。本文设计了高超声速飞行器改进自抗扰跟踪控制器，将系统内耦合项当作扰动处理，对双输入双输出系统进行解耦，针对巡航速度跟踪控制问题设计了一阶改进自抗扰控制器，针对巡航高度跟踪控制问题设计了双闭环控制器，内外环均采用二阶改进自抗扰控制器。通过计算与调试，本文分别得到了两个通道内共三个改进自抗扰控制器中的具体参数取值。经计算机仿真验证，改进自抗扰控制器的控制性能明显优于经典自抗扰控制器。本文设计的高超声速飞行器控制器均取得了理想的控制效果，证明了其具有良好的控制性能。