以美国的先进高超声速武器(Advanced Hypersonic Weapon,AHW)为代表的高超声速飞行器具有改变未来战争形态的潜力，是飞行器的一个重要发展方向。为满足高速和大射程的要求，这类高超声速飞行器都具有较大的长细比和较轻的结构质量，导致其弹性振动模态固有频率较低，与刚体运动模态频率接近，二者之间的耦合效应不可忽略。本文着眼于弹性振动对飞行器动态特性和飞行控制系统的影响，针对控制回路内传感器受弹性振动影响导致控制系统性能下降(甚至失稳)的问题，研究了弹性高超声速飞行器的动力学建模、刚体/弹性/控制耦合特性分析、状态/参数联合估计和姿态控制问题，主要包括以下几部分内容：
　　首先，研究了弹性高超声速飞行器的动力学建模问题。通过引入瞬态坐标系克服了未变形飞行器固联坐标系的“准速度”问题，实现了质心运动与绕质心转动和弹性振动的解耦。在此基础上利用拟坐标形式的拉格朗日方法推导得到了完整动力学模型。并对完整动力学模型进行了简化和分析。为后续耦合特性分析、状态/参数估计算法和姿态控制方法研究奠定了基础。
　　其次，分析了弹性高超声速飞行器的刚体/弹性/控制耦合特性。在开环的情况下分析了弹性模型的平衡点，并在平衡点处对模型进行线性化，然后运用线性系统理论完成了运动模态和频域特性分析。在此基础上，分别针对常用的PD控制和滑模控制分析了刚体/弹性/控制耦合特性，给出了姿态控制系统稳定性的分析结果。此外，还研究了刚体/弹性/控制耦合效应的抑制方法，对工程上常用的结构陷波器进行了改进，提出了有限记忆自适应结构陷波器，并通过仿真验证了该方法的有效性。最后针对弹性高超声速飞行器的参数不确定性，分析了刚体/弹性/控制耦合对系统鲁棒稳定性的影响。
　　再次，研究了弹性高超声速飞行器的状态/参数估计问题，在不增加其他种类传感器的情况下，利用已有的陀螺量测信息对系统状态和参数进行估计。为提高估计精度，提出了一种传感器布置的优化算法，并计算得到了最优传感器布置方案。在此基础上，引入了一种新型的滚动时域估计算法，对其稳定性进行了分析，得到了算法稳定的充分条件。基于该充分条件提出了一种新型的基于QR分解的到达代价更新算法，仿真分析表明该算法能够有效提高估计精度和计算速度。
　　最后，研究了弹性高超声速飞行器的姿态控制问题，设计了弹性高超声速飞行器的姿态控制系统。其中，滚转通道控制系统利用改进非奇异快速终端滑模控制方法和脉冲宽度调制器实现滚转角的稳定控制。纵侧向通道控制系统由滚动时域估计器、滑模干扰观测器和自适应分层滑模控制器组成。其中，滚动时域估计器根据陀螺的量测信号估计飞行器的当前状态和参数。滑模干扰观测器对包含高阶弹性模态、参数不确定性和外部扰动的综合干扰进行估计。自适应分层滑模控制器根据指令姿态和估计状态计算出舵偏，利用分层滑模控制的特点完成欠驱动系统的控制。仿真结果表明，在参数拉偏、存在外部扰动和考虑气动加热影响的情况下，弹性高超声速飞行器的姿态和弹性模态广义坐标均能快速收敛至目标值，姿态控制系统能够完成姿态控制和弹性振动抑制的控制目标。