高超声速飞行器的姿态系统,是其达到各种战略目标的基本前提之一。而原有的控制算法多从无限时间稳定着手进行设计,对于导弹这种飞行时间有限的系统则不具有适用性。因此本文以高超声速飞行器作为研究对象,分别从它的的姿态系统二阶非线性模型建模、有限时间控制以及考虑系统不确定性的有限时间控制等几个方面进行研究得出一下成果:首先从高超飞行器的原始动力学和运动学方程开始进行推导,以俯仰角、滚转角和偏航角作为状态变量,舵偏角作为控制量,建立了姿态系统的二阶非线性方程,最后考虑系统的不确定性,构建了带有不确定性的姿态模型。主要有以下好处:首先模型建立过程中没有对原始方程进行任何简化和省略,模型为精确模型;此外由攻角和侧滑角建立的模型系统在实际工程中很难准确测量,而俯仰滚转偏航则可以精确测量。然后,基于终端滑模,在上述模型的基础上,设计了有限时间控制器。根据终端滑模的设计思路,首先介绍了几种常见的滑动超平面,本文设计了三次多项式超平面并给出了设计滑动面的假设条件。最后给出了有限时间控制器,使得基于该控制器的闭环系统状态可以在有限时间内收敛到零。仿真结果也验证了控制算法是行之有效的,为了深入了解控制器的设计,就不同参数对控制效果的影响进行了比较,给出了控制器参数设计的定性分析,最后通过一个实际的飞行器高度机动的实例证明了算法的有效性。最后,由于上面设计的控制器是基于系统不确定性的界已知的前提下,这在实际应用中是比较苛刻的要求,因此进一步讨论了考虑系统不确定性的有限时间控制。为了能够估计系统的不确定性,首先设计了扩展状态观测器,进行对系统干扰进行观测,结合反步法结合扩展状态观测器设计了考虑系统不确定性的有限时间控制器,并取得了理想的控制效果。