高超声速飞行器是一种不同于传统航空航天器的特殊飞行器，具有飞行速度高的突出特点。与其相关的高超声速技术的不断发展必定对未来的军事武器领域和民用商业领域产生重要深远的影响。高超声速飞行器飞行环境复杂，采用细长形状的整体结构设计，分析表明高超声速飞行器的开环动力学特性不稳定，且其刚体动力学与结构动力学之间存在严重的耦合，还存在着各种不可知的不确定因素。本文详细推导了高超声速飞行器的一般模型，其中包括刚性动力学和弹性模态坐标动力学部分，保留一般模型的弹性模态坐标方程并做适当简化，在一组平衡点处进行线性化求出了系统的传输零点和极点，根据传输零点和极点分布分析了飞行器的动力学特性。对高超声速飞行器刚体模型进行输入输出线性化处理，得到了解耦的线性模型，采用得到的线性模型分别设计了基于极点配置方法和基于LQR最优控制方法的动态逆控制策略。在不存在扰动的情形下的数值仿真表明两种动态逆控制方法能实现轨迹跟踪控制目的。同样针对轨迹跟踪控制问题，设计了常规积分滑模，常规滑模，有限时间积分滑模，二阶终端滑模方法，仿真表明有限时间积分滑模控制对扰动具有一定的的鲁棒性，二阶终端滑模控制比常规滑模控制具有更快的调节速度和更高的控制精度。针对扰动情形，进一步设计了滑模扰动观测器进行估计，最终设计了带滑模扰动观测器的二阶终端滑模控制器，在有扰动情形下，通过与不带滑模扰动观测器情况的仿真对比，表明带滑模扰动观测器的二阶终端滑模控制方法比不带的时候的轨迹跟踪精度更高，调节速度更快。考虑弹性振动减弱控制问题，采用包含刚体动力学与弹性模态坐标动力学的高超声速飞行器弹性模型，只对刚体动力学部分设计了常规滑模控制器，求解弹性模态坐标仿真得到了第一二阶弹性模态坐标曲线。接着在俯仰角速率反馈回路中设计了陷波滤波器，数值仿真表明陷波滤波器能在一定程度上减弱弹性模态坐标的幅值。针对实际控制系统中状态量攻角和航迹角难以测量的问题，设计了滑模状态观测器来进行估计，仿真表明滑模状态观测器能快速准确地估计出攻角和航迹角值。