风洞特种试验机构是搭载飞行器模型进行复杂气动试验的重要装置,该试验装置的Z向机构（冗余驱动关节）是采用冗余驱动形式的关键关节。由于控制系统的复杂性增加以及Z向机构长期在大功率、高负荷条件下工作,不可避免的会发生故障,而执行器故障是机构发生控制系统失效的主要原因。冗余驱动关节一旦发生执行器故障就会产生较大的跟踪误差与同步误差,降低系统性能并破坏系统稳定性,甚至对机构造成不可逆损害,导致巨大的经济损失。因此,为保障发生执行器故障后,系统在满足一定性能需求下的安全运行,亟需研究冗余驱动关节的容错控制方法。本文以特种试验机构的Z向冗余驱动关节为研究对象,针对执行器故障开展容错控制方法研究,主要研究内容如下。1)基于冗余驱动关节的结构特征以及机械特性,对冗余驱动关节的驱动系统建模分析。考虑上层关节重心移动的影响,采用拉格朗日法建立了冗余驱动关节的动力学模型。根据系统辨识和理论计算得到系统的关键参数。根据冗余驱动关节的主要故障类型,建立了冗余驱动关节系统的执行器加性故障模型与乘性故障模型。2)为提高双轴同步精度与轨迹跟踪精度,研究了冗余驱动关节无故障下的同步控制策略。根据冗余驱动关节的性能要求建立混合误差矩阵,设计了基于双驱动力学模型的终端滑模变结构同步控制方法,并通过Lyapunov定理验证了同步控制器的稳定性。最后,使用数值仿真对所提出的同步控制策略的同步性能和跟踪精度进行了仿真分析,验证了该同步控制器的有效性。3)针对执行器加性故障,研究了冗余驱动关节的被动容错控制策略。考虑不精确的速度信息会影响控制器的性能,为了得到更加精确的速度信息,根据系统位置反馈值建立了二阶滑模状态观测器。基于速度观测信息,采用非奇异快速终端滑模理论设计了被动容错控制方案,并通过Lyapunov定理验证被动容错控制器的稳定性。最后,通过数值仿真验证了该方案的有效性。4)考虑执行器输入饱和约束,研究了冗余驱动关节的主动容错控制策略。不依赖系统的速度反馈信息,采用三阶滑模观测器实现对执行器故障的检测与估计。基于设计的执行器抗饱和约束补偿项,并根据故障观测器得到的故障观测值设计了主动容错控制器。设计了控制器切换策略实现同步控制器与容错控制器的切换。最后,通过数值仿真验证了该主动容错控制方案的有效性。