由于显著的军事价值和民用价值，高超声速飞行器已成为世界各强国广泛关注和研究的焦点，是目前临近空间飞行技术的主要研究方向。高超声速飞行器快时变、强非线性、强耦合、不确定、弹性影响等特点，使得飞行控制系统的设计成为一项极具挑战性的研究课题。围绕这一课题，以实现高超声速飞行器的稳定跟踪为目的，依次从高超声速飞行器的非线性特性、参数不确定、外部干扰、输入受限、执行器故障等方面逐步深入，系统地研究高阶滑模控制方法及有限时间稳定理论在跟踪控制问题中的应用。首先，基于牛顿运动定律及欧拉运动定律，建立刚体模型，并将机身看作均匀的两端自由梁结构，推导建立飞行器的弹性振动方程，分析了刚体与弹性之间的耦合影响。进一步考虑高超声速飞行器模型中的弹性影响、强非线性、强耦合特性，将弹性影响视为不确定，对高超声速非线性模型进行处理，基于非线性动态逆方法，获得面向控制模型。考虑模型参数不确定对控制性能的影响，当飞行系统不确定上界已知，基于齐次性理论设计拟连续高阶滑模控制器的设计，确保有限时间内实现对参考指令的稳定跟踪，仿真验证了控制方法的鲁棒性。其次，考虑弹性高超声速飞行器的不确定上界未知，基于几何齐次性理论和积分滑模控制理论，提出了一种新型自适应高阶滑模控制器的设计方法，控制器由两部分组成，一部分为连续的标称控制器，基于几何齐次性设计，能够保证系统有限时间收敛；另一部分为不连续的滑模控制器，处理不确定。同时，通过滑模面变量构造自适应律，对不确定边界进行在线估计，达到自适应高阶滑模控制器设计目的，解决了实时在线估计不确定上界的问题。利用Lyapunov稳定性理论，证明所设计的高阶滑模控制器能够在有限时间内收敛到系统平衡点，实现了对参考指令的有限时间稳定跟踪，仿真结果验证控制方法的鲁棒性。再次，针对弹性高超声速飞行器存在参数不确定、外部干扰以及控制输入受限的鲁棒控制问题，考虑控制器-干扰观测器的综合设计，利用高阶滑模干扰观测器技术对综合干扰进行估计，实现对控制器的补偿及干扰的抑制。基于Lyapunov理论详细分析了闭环系统的有限时间稳定性，仿真结果验证了控制器-干扰观测器综合设计的鲁棒性，与自适应滑模方法相比，控制器-干扰观测器综合设计的控制策略能有效地处理系统参数不确定、外部干扰及控制输入受限。最后，针对弹性高超声速飞行器中结构已知的执行器控制效益损失，提出了一种自适应滑模容错控制方法。采用已知的控制效益损失故障，建立飞行器的故障不确定模型。构造自适应滑模容错控制律，利用积分滑模面的动态变化检测故障的发生，并激发自适应律实现控制增益的自动调整，及时快速处理故障影响。基于Lyapunov稳定性理论证明了系统的有限时间稳定性，并在弹性高超声速飞行器的纵向动力学模型上进行了仿真验证，结果表明该方法能有效处理执行器控制效益损失故障，有较好的鲁棒性和容错能力。