航空航天技术的发展对于各国各地区来说具有相当重要的战略意义,而飞行器的姿态控制是航空航天发展的重点研究方向,针对高动态、快时变、非线性以及强耦合性的高速飞行器而言,姿态控制是极其重要的一环。本文针对高速飞行器进行了姿态控制系统的研究。首先建立了高速飞行器的非线性时变模型,并对模型的不确定性参数进行分析。然后介绍自抗扰控制(active disturbance rejection controller,ADRC)技术,并根据自抗扰控制技术改造飞行器模型,同时设计出了经典的二阶自抗扰控制器,结果表明因为忽略了过多不确定因素和未建模模态的原因,使得控制量产生大幅抖动。然后为了解决经典二阶自抗扰控制器所带来的问题,本文提出了串级自抗扰控制,基于反步法的思想,将飞行器系统分为内外环,内环系统中的自抗扰控制器控制飞行器的角速度,外环系统中的自抗扰控制控制飞行器的气动角。通过仿真表明,串级自抗扰控制器具有较好的控制效果,在加入不确定性干扰后,串级自抗扰控制器有着较好的控制效果之外,还有具有着优秀的鲁棒性。最后为了解决鲁棒性问题,本文从工程应用的角度出发,提出一种采用随机鲁棒方法对串级自抗扰控制器参数进行优化的方法,通过随机鲁棒优化的方法,既保证串级自抗扰控制器的鲁棒性,又能提升串级自抗扰控制器的控制效果。