切换系统一般指代一类由多个子系统及决定子系统如何切换的切换信号所组成的混杂系统。这种独特的系统结构赋予了切换系统对自身具有多模态性质及带有多控制器的物理对象进行建模的能力,为解决复杂系统的分析与控制综合问题提供了简单有效的研究方法。切换系统理论在航空航天、汽车工业、智能电网、化学工业以及疾病传播控制等多个领域中得到了广泛的应用。然而,目前对于切换系统的理论研究仍然存在大量的不足。现有的针对切换系统中时间依赖信号的研究主要集中在驻留时间信号和平均驻留时间信号上,而对于更具有一般性、对快速切换现象描述能力更强的持续驻留时间信号的研究相对较少。对于异步切换,即系统模态切换与控制器切换间存在时滞的现象,更是有待进一步的探索。本文在前人研究基础上,从切换信号设计、稳定性分析、控制器设计和滤波器设计的角度,系统地研究了受到异步持续驻留时间约束的线性切换系统的控制综合问题,并将理论成果应用于高超声速飞行器的切换系统建模与切换抗饱和控制器设计。本文的主要工作如下:（1）研究了受持续驻留时间约束的切换系统在系统模态切换与控制器切换之间存在异步的情况下的稳定性问题。异步切换主要指系统模态切换与控制器切换之间存在时间差,在实际应用中一般体现为控制器切换滞后于系统模态切换。异步切换现象使得本应单调递减的Lyapunov函数出现上升的可能,因而会使得原有的系统稳定性判据失效。本文通过引入Lyapunov函数上升率,提出了更具一般性的受异步持续驻留时间信号约束的切换系统全局一致渐近稳定的充分条件,为后续章节中控制器设计、滤波器设计等问题的研究奠定了理论基础。（2）研究了受异步持续驻留时间约束的切换系统的伪时间依赖控制问题。由于使用多Lyapunov函数方法通常只能得到切换系统稳定的充分条件,因此在设计控制器时常常会带有一定的保守性,进而影响可行解的寻找及控制器的设计。本文通过提出一类伪时间依赖Lyapunov函数,针对受异步持续驻留时间约束的连续时间和离散时间切换系统,分别设计了一类伪时间依赖状态反馈控制器和伪时间依赖H∞控制器,有效地降低了控制器设计方面的保守性。（3）研究了受异步持续驻留时间约束的切换系统的H∞与无源混合滤波器设计问题。通过将H∞噪声抑制性能与系统的无源性相结合,得到了一类H∞与无源混合性能指标,并在此基础上给出了H∞与无源混合滤波器的设计方法,使得相应的滤波误差系统在全局一致渐近稳定的基础上还满足一定的H∞与无源混合性能指标。该混合性能指标的物理意义涵盖了系统的H∞噪声抑制性能与无源性,从而可以在统一的设计框架内进行滤波器设计,使设计工作更为简洁。（4）研究了一类带有冗余量化器的线性参数变化系统的混合滤波问题。尽管量化器可以降低数据传输量,但同时会引入量化误差而影响系统性能。为了在保证系统性能的前提下降低数据传输量,本文根据量化器量化密度的不同为线性参数变化系统设构建了切换系统模型。为降低滤波器设计的保守性,本文提出了一类量化误差和系统模型参数相关的Lyapunov函数,并据此给出了混合滤波器的设计方法。仿真结果表明使用切换系统理论,可以在保证系统性能的前提下有效地降低系统对于数据传输带宽方面的要求。（5）研究了高超声速飞行器的切换抗饱和控制问题。由于高超声速飞行器的飞行速度快、飞行空域跨度大,其动力学模型带有很强的非线性和耦合性,使用传统的基于动力学模型的控制方法难以获得令人满意的效果。文中提出一种根据飞行包线划分工作区域并分别建模的高超声速飞行器切换系统模型,并在此基础上设计了切换抗饱和控制器。仿真算例验证了所提出的切换系统模型以及设计的抗饱和控制器的有效性及优越性。