高超声速飞行器作为一种能以高超音速状态飞行的飞行器,拥有巨大的军事、民用价值,其设计研制水平代表着国家的综合科技实力,也正吸引着越来越多的关注。高超声速飞行器在上升段具有发动机工作条件严苛、总体约束强、飞行轨迹受发动机推力影响大、不确定性强等显著特点。围绕这一主题,本文进行了高超声速飞行器在上升段执行机构发生故障情况下的控制方法研究。首先,考虑高超声速飞行器发生发动机推力损失的故障,针对故障下直接力/气动力复合控制问题设计一种基于自适应滑模的容错控制策略。对于发生推力损失故障的摆动发动机,在线性化后的飞行器俯仰通道控制模型中进行故障等效,并设计自适应的方法对故障信息进行估计,综合利用气动舵面提供的气动力与发动机摆动角提供的直接力进行容错控制。同时,基于飞行器气动舵面冗余的特点,利用方向舵与组合工作的左、右升降舵抵消由于俯仰通道容错控制对飞行器横侧向产生的干扰力矩,确保了横侧向的稳定。最后,基于李雅普诺夫稳定性理论对所设计方法进行了分析,并通过计算机仿真验证了提出的复合容错控制方案的有效性。其次,针对高超声速飞行器姿态控制模型,考虑解决飞行器实际飞行过程中对状态的约束问题,提出一种限定跟踪误差动态性能的方法。在给定期望姿态的基础上,将对状态的约束转换为对状态与期望姿态的误差的约束,并将此约束以具有一定稳态和暂态性能的函数给出,通过变量转换进行稳定控制以实现状态约束的目标。同时,考虑执行机构故障的情况,构建基于滑模的故障估计观测器处理故障对系统动态的影响,以实现故障下的控制。然后,从内环到外环,对系统的性能依次进行了分析,证明了姿态角跟踪的误差满足预设的性能函数。最后,通过计算机仿真,验证了本章所设计方法的有效性。最后,考虑执行机构卡死等情况,基于多观测器的方法进行主动容错控制设计。根据时标分离原则,分内外环,分别进行虚拟控制量与容错控制器的设计。外环基于非线性干扰观测器处理未知干扰的影响,内环基于多模型的策略进行主动容错控制的设计。在内环容错控制器设计时,首先,根据执行器不同的故障组合形式确定故障模式,并在此故障模式下设计系统对应的状态观测器与控制器。然后,通过一种选择策略确定最能匹配系统实际状态的模型,并以此确定系统的容错控制输入。最后,对系统性能进行了分析,并通过计算机仿真验证了所设计方案的有效性。