系统故障，如执行器故障和结构损伤，可能造成系统的性能恶化甚至导致灾难性事故。为了增强系统的安全性和可靠性，具有故障补偿能力的容错控制受到了广泛的关注，其已经成为控制领域一个非常重要的研究方向，并在诸多新兴领域得到了实际的应用。　　自适应控制因其具有有效处理系统不确定性的能力而被广泛地用于故障补偿系统设计，形成了大量行之有效的自适应容错控制算法，然而目前仍有一些重要的开放性的问题亟待解决，如当包含多个具有不同故障模式的执行器故障或发生大的结构损伤时，系统将出现较大的不确定性，而传统的自适应方法无法对这类问题进行有效的补偿。　　本文深入研究了基于多模型的自适应控制方法，扩展了其处理系统不确定性的能力，并提出了新的多模型自适应容错控制策略，以补偿系统故障(执行器故障和结构损伤)造成的参数或结构的不确定性。本文通过设计过程的描述、系统性能的分析以及在飞行控制系统中的大量仿真，阐述了基于多模型的自适应故障补偿控制系统设计过程，展示了其无需故障检测可以快速有效地进行故障补偿的优点。本文设计的多模型自适应容错控制策略不仅具有传统多模型自适应控制策略改善系统瞬态响应的能力，而且具有其不具备的使系统在存在因故障引起的不确定性的情况下仍然保持期望的系统性能的能力。本文研究了连续时间系统、离散时间系统、多变量系统和非线性系统的相关问题，得到了较为广泛和系统的研究结果，其主要包括：　　(1)基于间接或直接的模型参考自适应控制构建了多模型自适应控制框架，实现了对系统瞬态性能的改善。针对单输入单输出系统设计了多模型间接自适应控制策略，其包括设计多个具有属于不同参数子空间的初值的估计器估计系统参数，根据估计的参数计算控制器参数得到多个控制器，并基于估计误差设计性能损失函数确定最合适的当前控制器。不同于间接的方法，多模型直接自适应控制策略直接地更新多组具有不同初值的控制器参数得到多个控制器，并根据估计误差确定当前控制器(该误差与跟踪误差密切相关，且被直接地用于控制器参数更新)，从而避免了控制增益奇异的问题。通过将多模型直接自适应控制策略分别用于单输入单输出和多输入多输出系统设计，展示了其设计过程和优势。　　(2)基于间接模型参考自适应控制设计了多模型自适应执行器故障补偿控制策略，实现了对具有不同故障模式的未知执行器故障的有效补偿。该策略分别针对连续系统和根据其得到的离散系统，设计了一组系统和故障参数的估计器，每个估计器对应于故障模式集中一种可能的故障模式，再根据估计的参数计算得到每种故障模式下的控制器，并基于估计误差设计了切换机制确定最合适的当前控制器，从而实现对故障模式、故障时间和故障值都未知的执行器故障的补偿。　　(3)设计了多层多模型自适应执行器故障补偿控制策略，在有效补偿未知执行器故障的同时改善了系统的瞬态性能。通过针对每种故障模式分别设计一个直接自适应控制器和设计基于估计误差设计切换机制，得到了基本多模型自适应执行器故障补偿策略。其次，通过将每种故障模式对应的控制器扩展为一组自适应控制器，设计了多层多模型自适应控制策略，改善了具有未知执行器故障的系统的瞬态性能，其扩展的自适应控制器可以是一组具有不同参数估计初值的控制器(以构成二层多模型控制策略)也可以是一组具有不同参数估计初值的控制器子组，每个子组由具有相同的参数估计初值和不同自适应增益的控制器组成(以构成三层多模型控制策略)。　　(4)设计了新的多模型自适应控制策略补偿系统结构损伤造成的不确定性。为了处理结构损伤造成的不确定的驱动符号的问题，对多种可能的驱动符号设计了一组由不同自适应律进行参数更新的控制器，每个控制器对应于一种驱动符号，并基于估计误差设计了切换机制确定最适合的当前控制器。为了处理结构损伤造成的状态反馈状态跟踪问题的匹配不确定性，构造了多个参考模型(只要求其中的一个与系统模型匹配)，并基于这些参考模型设计了多个自适应控制器和基于多个估计误差的切换机制。　　(5)针对以近空间飞行器为背景的一类非线性系统设计了多模型自适应执行器故障补偿控制策略，其包括基于多个故障参数估计器的一组控制器(每个控制器针对故障模式集中的一个故障模式进行设计)和切换机制(其基于估计误差确定最合适的当前控制器)。　　上述多模型自适应容错控制策略被用于飞行控制系统的设计和仿真以验证其有效性，这些飞行控制系统包括传统的飞机模型，如波音747、波音737和NASA的通用运输机模型，也包括新型的飞行器模型如近空间飞行器。