高超声速飞行器具有高非线性,强耦合、快时变和不确定性严重等特性,其姿态控制系统的设计是复杂且难于实现的,因此高超声速飞行器姿态控制方法的研究成为了一个极具挑战性和实际意义的课题。近年来,越来越多的国内外学者致力于解决高超声速飞行器的姿态控制问题。本文为了克服攻角和侧滑角等难以测量的问题,建立了基于飞行器的三个欧拉角的高超声速飞行器的二阶非线性姿态模型,并采用直接参数化方法研究高超声速飞行器姿态控制问题,参数化的控制器能将高度非线性的飞行器姿态控制系统转化为一个具有期望特征值的线性定常系统。主要内容包括:首先,建立了基于欧拉角的高超声速飞行器姿态非线性模型。先介绍了高超声速飞行器动力学模型及相关理论,根据飞行器姿态的动力学方程和运动学方程建立了基于三个欧拉角的非线性姿态模型。然后为了配合直接参数化方法的使用,本文将高超声速飞行器姿态模型转化为全驱二阶非线性方程的形式。其次,采用直接参数化方法和模型参考输出跟踪方法设计了姿态跟踪控制器,实现了对高超声速飞行器姿态的跟踪控制。先介绍并推导了基于全驱二阶非线性系统的模型参考输出跟踪控制器设计方法。之后,针对高超声速飞行器姿态模型,利用直接参数化方法设计了直接参数化状态反馈控制器,继而采用模型参考输出跟踪方法设计了前馈补偿器,两者结合得到姿态跟踪控制器。然后采用著名的winged-cone高超声速巡航飞行器数据模型来进行高超声速飞行器控制系统的六自由度非线性仿真,通过对高超声速飞行器的反馈镇定器和姿态跟踪控制器仿真结果分析,验证了直接参数化方法设计的控制器的有效性。最后,研究了外部未知干扰下的高超声速飞行器姿态跟踪问题。根据前文得出了二阶姿态控制模型的误差系统方程,然后针对误差系统设计了基于干扰观测器的参数化控制器,实现了对未知干扰进行观测和对高超声速飞行器姿态的跟踪控制。对比采用干扰观测器前后的姿态角跟踪曲线和干扰观测曲线,证明了干扰观测器和基于干扰观测器的控制器的有效性。