临近空间高超声速飞行器具有快速响应、高机动性、大航程、高效摧毁和突防能力强等突出优点,其研究具有极大的战略意义和应用价值。高超声速飞行器在复杂环境中高速飞行时,动态结构和参数变化剧烈,动力学特性呈现出强耦合、强非线性、强不确定、输入受限等特点,使得设计高精度、强鲁棒的高超声速飞行器飞行控制系统极富挑战性和创新意义。本文以解决高超声速飞行器姿态控制问题为目的,针对高超声速飞行器的动力学特性,基于预测滑模控制方法,开展了耦合补偿方法、模糊干扰观测器和输入受限补偿方法的研究工作,主要研究成果如下:首先,建立了高超声速飞行器的动力学模型并分析了高超声速飞行器的运动特性。针对高超声速飞行器面临的操纵耦合、运动耦合、惯性耦合三类耦合问题以及不确定及干扰对运动特性的影响分别开展仿真分析,明确了高超声速飞行器控制器设计面临的难点问题。其次,针对强耦合、参数偏差和风影响下的高超声速飞行器姿态控制器设计问题,提出了基于反馈线性化的高超声速飞行器预测滑模姿态控制方法。反馈线性化方法实现了高超声速飞行器姿态运动模型完全线性化,为后续控制器的设计奠定了基础。预测滑模控制方法融合了滑模控制鲁棒性强及预测控制优化性能良好的优势,同传统的指数趋近律滑模控制方法相比,避免了滑模控制切换过程带来的指令高频变化,且具有更好的鲁棒性及控制品质。针对高超声速飞行器姿态运动面临的操纵耦合、运动耦合、惯性耦合问题,分别提出了基于指令补偿的操纵解耦方法和考虑运动耦合和惯性耦合的预测滑模控制方法,有效解决了高超声速飞行器姿态运动耦合控制问题。进而,针对存在外界干扰作用时的高超声速飞行器高精度、强鲁棒控制器设计问题,提出了基于模糊干扰观测器的高超声速飞行器预测滑模姿态控制方法。基于模糊干扰观测器观测的干扰信息,设计了补偿控制器,并与标称控制器进行指令综合,有效抑制了高超声速飞行器面临的不确定及外界干扰的影响,使得高超声速飞行器姿态控制系统能够精确跟踪指令信号。为提高模糊干扰观测器的观测精度,引入双曲正弦函数来补偿模糊逼近误差,提出了基于改进模糊干扰观测器的预测滑模控制方法,提高了外界干扰作用下的控制系统的控制性能。最后,针对输入受限下的高超声速飞行器控制器设计问题,提出了基于模糊逼近的输入受限高超声速飞行器预测滑模姿态控制方法。利用模糊系统对非线性函数的良好逼近性能,实现对控制输入超出限幅部分的估计,进而设计输入受限预测滑模控制器,有效削弱控制器的饱和特性,改善控制器的控制性能。在输入受限预测滑模控制器的基础上,设计模糊干扰观测器逼近复合干扰,实现在参数偏差、风影响和外界干扰作用下,对高超声速飞行器姿态运动的高精度、强鲁棒控制。