高超声速飞行器所处飞行环境具有高速、低压、高温、强辐射、电磁干扰、雷电、强对流等严酷特征,其部件常常会发生外机械振动、管线脱落、电子器件失效等情况,可能导致传感器系统发生复合故障,造成严重后果。传感器复合故障下的高超声速飞行器自愈合控制研究便成为富有意义的课题。本文以高超声速飞行器巡航阶段纵向模型与再入段姿态角模型为研究对象,研究了传感器发生各种复合故障的故障检测与估计问题,并以此设计了相应的自愈合控制方法。论文的主要内容如下:(1)针对高超声速飞行器纵向模型高度和速度通道发生多传感器故障的情况,设计了基于自适应与反步滑模故障估计观测器的自愈合控制方法。首先利用反馈线性化方法建立了高超声速飞行器纵向仿射非线性模型,并设计了标称滑模控制器使输出跟踪给定参考指令。提出了非线性自适应观测器的方法来估计速度通道的故障。通过将受耦合影响的系统参数也作为估计项,设计了反步滑模观测器精确估计高度通道故障。利用故障估计值对滑模控制器进行补偿,使原系统重新跟踪给定参考指令。(2)考虑更为复杂的时变传感器连锁故障与外部干扰,设计了基于多维广义观测器的故障诊断与容错控制方案。以巡航阶段纵向T-S模糊模型为基础,考虑外部干扰与非线性项,增强模型的代表性。针对传感器连锁故障,首先建立故障检测观测器检测故障,随后设计了多维广义观测器方法解决了因耦合效应影响导致的普通广义观测器对连锁故障估计效果不理想问题。根据所得故障估计结果,设计了能处理系统非线性和传感器故障的鲁棒容错控制器使系统恢复稳定。所设计的观测器与控制器满足H_∞性能指标,对干扰具有鲁棒性。(3)针对高超声速飞行器再入段姿态角系统传感器复合故障,设计了基于间接自适应滑模和动态面技术的自愈合方法。首先针对带有传感器故障与干扰的再入段姿态角系统,设计了非线性故障检测观测器生成检测残差以检测故障。提出了带有容错项的间接自适应滑模虚拟控制器与动态面控制器设计方法。传感器复合故障在控制器设计过程中就被快速补偿,不需要额外的故障估计观测器设计,确保故障系统重新恢复对参考指令良好跟踪的同时,减少了系统复杂性。将上述故障检测、故障估计与自愈合控制方法进行了基于Matlab/simulink的对比性仿真研究,并利用Links-Box平台对部分结果进行了快速原型仿真实验。结果表明本文所提方案能够快速检测故障、精确获得故障估计信息的同时,对其进行有效补偿,从而保证系统的稳定性和跟踪性能。