高超声速飞行器是一种具有广阔发展前景的高速飞行器,飞行器的特点即决定了其控制系统需要具有较高的安全性和可靠性。作为飞行器重要的执行机构,舵面对于系统的稳定性影响较大。本文针对具有控制输入约束的高超声速飞行器,考虑飞行器的舵面发生故障的情况,设计基于模型预测控制的容错控制器,在实现对期望指令的跟踪控制的同时,确保飞行器的安全稳定飞行。首先,阐述了课题研究的背景及意义,并系统地介绍了高超声速飞行器在国内外的研究进展。之后,分别针对高超声速飞行器的纵向控制研究现状、模型预测控制的研究现状、高超声速飞行器舵面故障的研究现状等方面进行了阐述。其次,针对高超声速飞行器纵向巡航段模型,考虑系统具有控制输入约束的限制,基于广义模型预测控制的方法为两个子系统分别设计控制器。针对舵面发生故障的情况,为高度子系统设计了自适应广义模型预测容错控制器,实现了舵面故障下的容错跟踪控制。通过大量的仿真研究总结出在典型飞行条件下的控制器参数的选择范围,以确保控制器的输出满足系统控制输入约束的条件,从而弥补了广义模型预测控制方法对于解决控制输入约束问题的不足。再次,在前面研究的基础上,针对具有输入约束的高超声速飞行器纵向多输入多输出非线性模型,考虑系统参数不确定性和舵面发生未知故障的情况,设计自适应广义模型预测容错控制器。在第三章所提出的解决控制输入约束问题的方案的基础上,针对具有控制输入约束的高超声速飞行器多输入多输出非线性系统,讨论了系统参数存在不确定时控制器参数如何选择的问题。此外,探究了舵面故障下该容错控制器的容错控制能力。最后,针对高超声速飞行器纵向巡航段非线性模型,考虑舵面发生故障的情况,设计基于多模型预测控制的容错控制器。首先,基于间隙度量的理论建立高超声速飞行器纵向故障离散线性模型集,之后针对每一个子模型建立约束模型预测容错控制器,通过切换调度选择子控制器,从而分步实现故障下对期望指令的跟踪控制。