吸气式高超声速飞行器因其高速度、大射程、快响应的特点,具有重大的军事价值与潜在的经济价值。但是,相较于传统飞行器,吸气式高超声速飞行器强非线性、气推耦合、参数不确定、静不稳定等特性都对其控制系统设计带来了巨大的挑战。因此,本文针对高超声速飞行器爬升段与巡航段的控制问题进行深入研究,重点解决:外界扰动抑制问题、执行机构故障容错问题、控制饱和抑制问题和跟踪误差性能与进气条件约束问题。主要研究内容包括:首先介绍了吸气式高超飞行器的几何构型、外形参数与飞行任务剖面,并定义所需坐标系及其转换关系,然后基于飞行动力学与空气动力学分别构建刚体动力学方程、飞行器各表面气动力与吸气式发动机模型。最后通过近似拟合,给出飞行器曲线拟合模型及相关参数,为后续章节控制系统设计奠定基础。为了解决吸气式高超声速飞行器:强非线性、静不稳定、气推耦合、参数摄动等诸多因素带来的控制难点,并有效抑制外界扰动影响,基于高阶滑模理论设计了一种自适应高阶超螺旋控制器。首先应用反馈线性化将飞行器模型转化为仿射非线性形式,并利用非线性反馈解决气推解耦问题;其次引入精确鲁棒微分器实时估计跟踪误差向量的导数信息,解决气动参数摄动问题;然后基于坐标膨胀理论完成自适应高阶超螺旋控制器设计。该控制器可依据跟踪误差的数值随外界扰动变化动态调整自身控制增益,自主增强鲁棒性与响应速度,无需已知外界扰动的上界信息即可保证系统跟踪误差的有限时间收敛,同时避免增益过度估计引发的抖振现象。针对高超声速飞行器在外界复杂飞行环境与极高气动热影响下,易发生执行机构故障的容错控制需求,设计了鲁棒固定时间滑模控制器。首先基于快速固定时间高阶调节器设计了非奇异的快速固定时间积分滑模面,相比传统高阶调节器,该方案能够实现更快的响应速度并避免复杂的参数调节。然后配合具有二阶滑模收敛特性的连续固定时间类超螺旋趋近律,保证滑模变量及其导数同时收敛。最后采用一致收敛观测器实时估计包含突变执行机构故障在内的集总扰动,并在控制器中做前馈补偿,有效削弱抖振现象,同时增强容错性能。通过三个部分的组合,新型控制器能够保证故障系统跟踪误差实现固定时间高精度快速收敛。针对高超声速飞行器执行机构(气动舵与燃油当量比)幅值受限问题,设计了自适应抗饱和有限时间控制器。首先基于功能分解将飞行器拆分为速度和高度两个子系统,分别设计动态逆与反步控制器。在高度子系统反步控制器中引入迭代固定时间微分器实时估计虚拟控制的导数,用于解决项目爆炸问题,同时实现有限时间收敛。然后针对执行机构约束提出了自适应固定时间抗饱和补偿器。当执行机构饱和时,补偿器用于驱使系统快速退出饱和区域;当执行机构不再饱和时,补偿器附加变量固定时间精确收敛,避免影响原本闭环系统的收敛特性。相比传统方案,该补偿器进一步缩短了系统饱和时间,同时提升了系统跟踪误差的收敛速度与收敛精度。针对高超声速飞行器跟踪误差瞬态性能约束与发动机进气条件约束问题,设计了约束描述性能控制器。首先提出新型设定时间性能函数用于限定跟踪误差的瞬态与稳态性能。相比传统方法,新型方案可保证性能函数在设定时刻精确收敛至稳态值,同时可灵活调整函数初始收敛速率。然后将速度与高度受约束跟踪误差进行无约束转换,通过控制转化误差有界满足原始跟踪误差的描述性能约束。在高度子系统中,为指令滤波反步法设计了新型固定时间滤波器,通过对攻角跟踪误差进行描述性能处理并对虚拟控制进行限幅,能够限定攻角变化幅值范围,满足吸气式超燃冲压发动机的进气需求。