目前，随着社会的快速发展与进步，复杂控制系统的规模越来越大，人们对这类复杂系统的安全性、可靠性及可维护性要求越来越高。为了大量的减少灾难性事故发生、减少环境污染、减少社会经济损失以及保障人民的生命安全，复杂控制系统的故障诊断与容错控制技术为解决上述问题提供了一条选择之路。在过去的几十年里，复杂控制系统的故障诊断与容错控制技术得到了长足发展，尤其最近十几年，伴随着计算机网络技术、模式识别、机器学习和各种先进控制算法的快速发展，许多新方法和新技术被引入到该研究领域中，大大丰富了复杂控制系统故障诊断与容错控制技术的研究内容。近空间飞行器是目前世界上各主要发达国家竞相研制的一种能够跨越“空”“天”两个不同空域进行机动飞行的高超声速飞行器。这类复杂的飞行器飞行速度一般都在5马赫以上，飞行空域为距离海平面20-100公里，它按照任务需求采用垂直火箭助推发射或者由大型运输机携至空中水平发射，以碳氢或者氢为燃料使用吸气式超燃冲压发动机作为推进动力进行高超声速飞行，预计可以在2小时内可到达全球任意地方。对于这样一个非常复杂的飞行器而言，在其控制系统的设计过程中，必须考虑故障诊断与容错控制技术的应用，以便增强该飞行器的安全性、可靠性及可维护性。目前美、俄、法、英、日等航空航天强国对近空间飞行器高超声速飞行技术的研究投入了大量的人力和物力，已取得了大量的研究成果，有些关键性技术已进入工程化验证阶段，而我国在这方面的研究则刚刚处于起步阶段，国内相关高校和研究所对近空间飞行器的关键性基础问题(如材料、动力、控制等)正在展开深入的研究，并取得了一定的成果。本研究主要是在基于前人已有的研究基础上，进一步研究近空间飞行器控制系统的容错控制技术(包含主动容错和被动容错)。本研究内容主要分为如下五部分：第一：针对近空间飞行器的纵向飞行动态系统，将其在某一平衡点附近线性化，同时考虑攻角不确定性和外部未知扰动对系统模型的影响，通过采用鲁棒控制技术，对执行机构发生控制增益损失故障情况下的近空间飞行器纵向飞行动态系统，设计了一个鲁棒被动容错控制器，应用李亚普诺夫稳定性理论分析了闭环控制系统的稳定性。最后通过Matlab仿真，验证了所设计的容错控制器在部分执行机构出现控制增益损失情况下具有较好的容错能力。第二：针对近空间飞行器的复杂非线性姿态控制系统，通过选取攻角和角速率变量为模糊规则的前件变量，将其由一组T-S模糊系统来近似拟合。对于所建立的模糊系统，充分考虑参数摄动对系统模型的影响，通过采用鲁棒控制技术，对执行机构发生控制增益部分损失故障情况下的近空间飞行器姿态控制系统，设计了一个模糊被动容错控制器。在李亚普诺夫稳定意义下证明了闭环控制系统是鲁棒渐近可靠的，最后通过仿真比较，验证了提所方法在执行机构发生故障情况下仍然具有良好的动态特性。第三：针对近空间飞行器姿态控制系统的T-S模糊模型，充分考虑外部扰动因素对被控系统的影响，通过采用广义扩张系统方法，对传感器发生未知时变故障情况下的近空间飞行器姿态控制系统，提出了一种新颖的故障估计和补偿策略。最后通过Matlab仿真，验证了所提出方法在部分传感器出现时变故障情况下的可行性。第四：针对近空间飞行器姿态控制系统的T-S模糊模型，在部分执行机构发生卡死故障的情况下，通过设计了一个迭代学习观测器，可以实时的观测被控系统的动态变化，一旦某些执行机构发生卡死故障，即可产生故障补偿控制输入项，在线的减少卡死故障对被控对象的影响，从而起到渐近调节故障的效果。最后通过Matlab仿真，验证了所提出方法在部分执行机构出现卡死故障情况下的有效性。第五：针对近空间飞行器的非线性姿态控制系统，通过考虑飞行器再入飞行过程中的动态特点，假设地球的自转运动和飞行器自身的平移运动不影响飞行器的旋转运动，在控制力矩出现突变故障的情况下，通过设计一个非线性鲁棒自适应观测器，及时的检测系统故障是否发生，然后基于内外双环滑模控制策略提出了一个主动容错跟踪控制律。最后通过Matlab仿真，验证了所提出主动容错控制方法在控制力矩出现突变恒偏差故障时具有良好的控制效果。