飞行器通常由众多子系统构成,姿态控制系统是最为关键的一个分系统,由于其长期处于复杂多变的飞行环境极易发生故障,一旦发生故障如果不采取措施进行处理将会造成不可估量的损失,因此对姿态控制系统进行故障诊断和容错控制技术研究具有重要意义。本文针对飞行器姿态控制系统执行机构故障问题,对故障检测、故障诊断与容错控制方法进行了研究,主要工作如下:针对一般飞行器的姿态控制系统,为方便后续研究的开展,首先定义了飞行器基本参数及坐标系定义与转换。接着分析了四种姿态描述方法,在此基础上推导了运动学方程和动力学方程。最后分析了常见的执行机构故障,并列出了故障的数学表达式。针对执行器故障情况中最易发生的加性故障和乘性故障,研究了两种基于模型的故障检测方法。以数值仿真的方式证实了不同类型的故障及其大小会破坏飞行器姿态控制系统的稳定性,说明了进行下一步故障诊断的必要性。然后研究了基于扰动上界的故障检测方法,只要检测到的残差超过与干扰相关的阈值之后便判定为故障发生。最后设计了一种参数少的鲁棒观测器进行故障检测,与前者相比不需要干扰上界等信息,结果表明两种方法都可以准确有效地检测出故障,后者在检测及时性和实际性方面更具有优势。采用数据驱动的方法进一步进行故障大小的诊断。在姿态仿真的基础上采集实验数据集作为输入数据,网络输出为故障大小。为使网络更多地关注故障特征信息,在一维卷积神经网络和长短期记忆网络的基础上引入注意力机制搭建了诊断网络。为了达到高精度诊断故障大小的目的,对网络超参数和诊断效果进行了仿真实验,确定了各个测试条件下的最佳参数。为进一步验证此数据驱动的方法用在飞行器执行机构故障诊断领域的有效性,将诊断网络与一维卷积神经网络和长短期记忆网络组成的串联网络进行了对比仿真。针对故障检测和故障诊断的结果,为保证故障发生后姿态控制系统可以保持稳定且具有较好的动态性能,设计并验证了预设性能约束下基于反步法的容错控制器。首先利用预设性能控制的原理将本文的姿态误差性能约束问题转化为一个有界控制问题,不等式约束变成了一个方便处理的等式约束。然后将转换后的系统与反步法结合设计容错控制器并采用Lyapunov函数严格证明了稳定性,保证故障发生后系统仍保持稳定且瞬态性能维持在预设性能约束范围内。