高超声速飞行器(HFV)即飞行速度大于5Ma的超音速飞行器,其特点是速度快、机动性强且突防能力强,无论在军事方面还是民用方面都有很高的研究价值,是全世界军事强国都在积极研究的热门领域。由于其具有快时变、高度非线性、强耦合、不确定、弹性振动等特点,设计其飞行控制系统是一项极具挑战性的工作。为了实现HFV的稳定跟踪,本文从它的弹性振动、参数不确定、外部干扰、输入受限等方面逐步深入,研究Backstepping的限时间稳定理论在跟踪控制问题中的应用。首先,基于牛顿欧拉方程,建立飞行器纵向方向上的纯刚体模型。并将机身看作均匀的两端自由的欧拉梁的形式,推导出飞行器的弹性振动方程。在考虑弹性与刚性之间的耦合时,按照其作用影响形式的不同,分别进行分析建模,对HFV的非线性模型进行处理。总结以上的分析结果,获得面向控制的HFV的综合动力学方程。其次,通过两个合理假设,将飞行器刚体模型简化为严格反馈的形式,并分为速度与高度两个子系统,分别进行有限时间Backstepping控制器设计,在控制器设计过程中采用指令滤波器求解虚拟导数代替复杂的解析求导。基于Lyapunov稳定性理论,利用有限时间稳定性判据,验证设计的控制器可以使系统的状态在有限时间内收敛到系统平衡点的小邻域内。HFV实现了对参考指令的有限时间稳定跟踪,并通过仿真进行了验证。第三,利用弹性振动影响、模型参数不确定和外部干扰作为集总干扰,设计线性扩张状态观测器(LESO)来观测和估计干扰。以实现对控制器的干扰补偿。利用同样的稳定性判据,验证修正后的控制系统的稳定性,并通过仿真进行验证。最后,考虑输入饱和限制,设计辅助系统来补偿输入饱和对系统稳定性的影响,并将辅助系统状态引入到控制器设计中,所设计的控制器不仅能够满足执行器物理受限的要求,且保证了高超声速飞行器跟踪控制性能。