自20世纪50年代超燃冲压发动机的概念被提出以来，高超声速飞行器体现出了越来越重要的军事和民用价值，其发展水平已成为世界各国科技实力与综合国力的集中体现。控制技术作为高超声速飞行器诸多核心技术之一，是保证飞行器实现既定任务的关键。然而，高超声速飞行器具有飞行包线大、特性变化快、模态耦合严重等特点，给控制系统的设计提出了严峻的挑战。本文综合考虑刚性体、弹性体两类高超声速飞行器对象，在全面分析模型特性的基础上，深入研究了涵盖巡航、再入等不同飞行阶段的大包线飞行跟踪控制中的若干关键问题，具体包括:　　(1)建立了刚性体、弹性体两种高超声速飞行器的运动方程，并从控制的角度给出了飞行特性的全面分析方法。分析内容包括强非线性、多模态时标分离、机体-发动机及刚体-弹性模态耦合、飞行参数快时变、强不确定性等飞行特性。特别地，针对刚体-弹性交叉耦合，划分了不同刚体模态与弹性模态间的耦合强弱程度;针对快时变特性，指出了动压变化对飞行特性带来的巨大影响。　　(2)针对刚体高超声速飞行器巡航控制问题，提出了基于反馈线性化和自抗扰的鲁棒巡航控制方案。该方案包含一套先进的反馈线性化控制系统，即在反馈线性化控制的主框架上，针对大机动指令跟踪、干扰抑制等任务要求进行鲁棒增强设计，包括设计函数发生器为大机动指令安排合理的过渡过程，设计扩张状态观测器对不确定性和干扰进行估计和补偿，设计粒子群优化算法对反馈系数向量进行优化。　　(3)针对刚体高超声速飞行器再入控制问题，提出了基于轨迹线性化和自抗扰的再入姿态控制方案。该方案基于PD特征谱理论设计了自适应时变带宽算法，实现动压快时变条件下的高性能闭环跟踪，同时设计了非线性扩张状态观测器对干扰进行估计补偿。特别地，该方案探索了一种基于广义Liénard系统的非线性扩张状态观测器分析思路，并证明了在一类绝对可积干扰下的观测误差收敛定理。　　(4)针对弹性体高超声速飞行器不确定性及刚体-弹性模态强交叉耦合，提出了不确定性及弹性耦合同时主动抑制方案。该方案系统总结了大包线飞行中存在的各种不确定性及干扰，建立了面向控制的统一不确定性模型;设计了一体化的不确定性干扰观测器和弹性耦合陷波滤波器;基于模型分析的结论，指出了主要将陷波滤波器用于航迹倾角和高度子系统的处理手段，以实现干扰补偿与弹性抑制的平衡。　　以上各控制方案均通过多组仿真实验验证了其控制的有效性。　　总的来说，本文从大包线飞行跟踪的角度出发，深入研究了巡航、再入飞行中的若干关键控制问题，为我国未来高超声速飞行器的发展做出了积极的理论探讨。