高超声速飞行器因其超快的飞行速度,在军事和民事都有极为广阔的应用前景。然而,其复杂且特殊的动态特性对高超声速飞行器的控制系统提出了高可靠性与安全性的需求。针对存在异常质心变动以及执行器故障的高超声速飞行器姿态模型,本文就其姿态容错控制展开研究,旨在研究新的控制策略使飞行器能够在出现系统转动惯量矩阵改变、偏心力矩、系统不确定性等不利情况下,实现对期望姿态指令的跟踪并保障系统的安全。首先,基于牛顿第二定律、伐里农定理,同时结合飞行器的机体坐标系、大地惯性坐标系、气流坐标系与航迹坐标系,本文建立了异常质心变动下的高超声速飞行器数学模型。经分析,异常质心变动对飞行器的影响主要体现在以下三个方面:系统的不确定性、系统转动惯量矩阵的改变、偏心力矩。此外,执行器部分失效故障,外部干扰以及系统输入受限问题,都为异常质心变动下的高超声速飞行器姿态容错控制带来了挑战。其次,针对异常质心变动导致的系统转动惯量矩阵的不确定性,其估计值有可能存在奇异的情况,造成依赖其逆矩阵的容错控制器失效,从而导致严重的后果。本文主要从以下三个方面来处理该问题:1)将估计的系统转动惯量逆矩阵进行级数展开,同时将其高阶项并入到系统受到的偏心力矩中。基于神经网络良好的非线性函数映射能力,本文设计了基于神经网络的容错控制器,并克服了因转动惯量逆矩阵潜在的奇异带来的影响;2)借助于能根据系统跟踪偏差自适应调节系统控制方向跟幅值的Nussbaum函数,本文设计了无需精确系统转动惯量矩阵信息的自适应容错控制器;3)由于系统受到的影响都会映射在系统的输出状态中,因而借助于系统观测器与系统控制器的深层联系,本文基于系统状态观测器设计了无需精确系统转动惯量矩阵逆矩阵信息的容错控制器。再次,针对高超声速飞行器故障情况下的输入饱和约束问题,本文设计了以下两种补偿机制:1)外部Anti-windup补偿系统:将超出控制器可执行范围的控制量,经设计的Anti-windup补偿系统,重新以系统的跟踪误差以及控制补偿量的形式反馈到控制迭代中,最终能够削弱或者消除系统输入饱和约束带来的影响。2)通过设计控制器的动态辅助补偿系统,将系统的控制输入约束直接引入到系统的控制器设计中,使得系统的控制输出能够在满足容错控制需求的同时,也能抑制系统控制输入饱和现象的发生。另外,针对故障情况下的系统状态约束问题,本文研究了两种状态约束:1)基于BarrierLyapunov函数的高超声速飞行器系统状态约束,假设系统状态的初值已经落在barrier的界限内,依据Barrier-lyapunov的函数的特性以及Lyapunov稳定性理论,使得系统的状态不会溢出于Barrier的界,从而实现故障情况下的高超声速飞行器状态约束。2)本文设计了改进的Barrier-Lyapunov函数,目的是:在存在故障时,实现对系统状态的约束;在没有故障时,放宽对系统的状态的约束,释放飞行器的机动性能,通过Lyapunov稳定性定理的证明以及仿真的验证,表明了该控制策略的有效性。针对高超声速飞行器异常质心变动的系统输入矩阵改变、执行器部分失效故障、系统的输入饱和约束以及系统的状态受限问题,本文展开了详细研究。其中,对于系统转动惯量矩阵改变而引起的容错控制问题,通过多个角度来阐述以期获得对于该问题更为完整的研究,拓展新的容错控制策略。除此之外,针对故障状态下的系统状态约束问题,本文针对改进后的Barrier-Lyapunov函数进行了详细阐述,为后续有、无故障情况下的系统状态约束问题诠释了不同的视角。