高超音速飞行器具有高速飞行、机动性强、飞行包线宽等诸多优点，具有巨大的军用和民用价值。飞行控制系统必须具备高可靠性以确保高超音速飞行器的飞行安全。本文研究高超声速飞行器巡航阶段的容错控制，采用卡尔曼滤波技术对高超声速飞行器进行故障检测，采用自适应技术设计飞行器纵向通道的容错控制器。本文中还考虑了外界扰动等不确定性、随机噪声、执行器故障等不利因素进行研究，具有一定的实用价值。
　　首先，介绍了高超音速飞行器的发展背景及本文的研究意义，说明了国内外高超音速飞行器故障诊断与容错控制的研究现状。此外，给出了锥形体通用高超音速飞行器模型以及执行器故障模型。
　　然后，针对具有执行器故障，干扰和随机噪声的高超音速飞行器，提出了一种基于未知输入卡尔曼滤波器和总可测故障信息残差（Total Measurable Fault Information Residual, ToMFIR）的闭环故障检测方案。设计了一个未知输入卡尔曼滤波器来同时估计闭环高超音速飞行器系统的状态和干扰，并且通过ToMFIR方法生成适用于闭环系统的残差。基于ToMFIR残差采用假设检验的方法来确定故障检测的阈值，并给出相应的检测率以及故障可检测的条件。仿真结果验证了所提出的故障检测方法的有效性。
　　接着，分别针对具有执行器失效故障、执行器偏移故障的高超音速飞行器，提出了外部风场扰动下的自适应容错控制方案。对具有执行器失效故障与扰动的高超音速飞行器采用鲁棒自适应观测器，对具有执行器偏移故障与扰动的高超音速飞行器采用自适应滑模观测器分别对故障信息进行在线估计；然后通过使用估计出的故障信息分别构造主动容错控制器，并通过Lyapunov稳定性分析给出设计条件。仿真结果表明了这两种容错控制方法的可行性。
　　随后，针对一类具有执行器失效故障的非线性高超音速飞行器，提出了一种基于自适应滑模技术的反步容错控制方案。通过模型预处理，将原非线性系统解耦为两个单输入单输出子系统，针对速度子系统和高度子系统分别进行控制器设计。速度子系统使用动态逆控制器，高度子系统使用反步控制器。对系统动态中的升降舵失效故障进行在线自适应估计，并在反步控制器的基础上设计了自适应容错控制器。为了解决反步控制器设计过程中的虚拟控制量求导困难的问题，引入二阶滑模滤波器来近似反步法中虚拟控制量的导数。证明了输出跟踪误差的收敛性和闭环系统的稳定性，并且通过仿真进一步验证了该容错控制方法的有效性。
　　最后，搭建了高超音速飞行器分布式半物理仿真平台，介绍了平台的主要构成和应用。针对提出的基于鲁棒自适应观测器的高超音速飞行器升降舵失效故障的容错控制算法进行半物理仿真验证，实验结果既说明了高超音速飞行器分布式半物理仿真平台构建的合理性，也验证了所设计算法的有效性与实用性。