随着科学技术的日益发展,实际工程控制系统的规模和复杂性不断增加,使得控制系统遭受故障的概率随之增加。任何类型故障的发生都可能导致整个被控系统的性能下降以致影响系统稳定性,甚至造成不可预期的经济损失或人员伤亡。因此,提高控制系统的可靠性和安全性变得尤为重要。容错控制的出现和发展为解决这一安全性问题提供了有效途径。考虑到许多实际工程系统都是强非线性,因此研究这一类系统的容错控制问题更有理论意义和实际价值。由于非线性系统本身的复杂性导致其控制理论发展的并不完善,相应容错控制方法大多研究故障系统稳定性问题,在此基础上的系统性能优化问题却很少被考虑。目前针对执行器和传感器容错控制问题的研究还有很大的局限性,仍需要进一步深入研究。本文研究了一类下三角结构非线性系统的自适应容错跟踪控制问题。其控制目标是保证系统在发生执行器或传感器故障情况下仍然能够稳定运行且完成预期的跟踪任务。本文在前人成果的基础上,以非线性自适应控制理论为基础,结合Lyapunov函数设计、模糊/神经网络逼近理论,容错控制方法和自适应信号补偿机制等,设计了针对不同故障类型、性能指标和环境约束下的自适应容错跟踪控制器,并给出了新的Lyapunov稳定性证明方法。相应的控制器设计方法已经在单连杆机器人、弹簧-质量-阻尼系统、电网系统等实际系统模型实现仿真实验,仿真结果验证了本文方法的有效性。全文共分为八章,每章的主要内容如下:第一、二章系统地介绍容错控制与相关控制方法的背景、发展现状以及未解决的热点和难点问题,并给出了与本文相关的一些预备知识。第三章针对一类含有执行器磁滞非线性和故障的非线性系统,提出了一类自适应保性能容错控制策略。利用指令滤波（Command filtering）技术补偿动态误差,引入指定性能（Prescribed performance）技术预设收敛误差的范围,使得系统的瞬态和稳态性能得到极大的提高。在此框架下构建的控制律既可以补偿执行器故障和磁滞非线性对系统造成的影响,也可以保证系统的跟踪误差满足预设的精度。最后,将本章方法应用于单连杆机器人系统模型,验证了所提方法的有效性。第四章讨论了含有执行器故障和不可测状态的纯反馈系统的容错控制问题。同时考虑了部分失效和偏移故障。首先,应用巴特沃斯低通滤波（Butterworth filter）技术对未知的非仿射函数进行分解,使其含有显式的控制输入。为了解决由执行器故障造成的系统和观测器输入信号不匹配问题,利用输出跟踪误差设计自适应机制,构造了自适应状态观测器,完成了对未知系统状态的估计;在此基础上,结合反步递推法（Backstepping）和指定性能理论,构造出了自适应输出反馈容错控制方案。该设计方法成功消除了已有结果中假设故障参数精确已知和控制输入先验有界的限制。最后,通过质量-弹簧-阻尼系统仿真验证了所提策略的有效性。第五章针对带有执行器故障的网络化控制互联大系统,研究其在网络交流资源受限下的事件触发容错控制方法。不同于已有的事件触发方法,本章的研究目标集中在保证系统性能的前提下如何尽可能的减少网络传输所需资源。为此,首先设计了一个受性能指标限制的双事件触发机制。进而利用采样后的输出测量值构造了一个改进的K-滤波（Kreissekmeier-filtering）器,在此基础上结合指定性能技术给出了自适应保性能容错控制器。最后,通过一个新颖的非光滑Lyapunov稳定性分析方法,证明了闭环系统的稳定性并保证了跟踪误差在预设精度内。通过仿真验证了所提策略的有效性。第六章研究了自适应输出反馈传感器容错跟踪控制问题。由于传感器发生部分失效故障,基于此测量输出设计的观测器所估计的系统状态误差较大,因此控制器端所得的状态观测值和输出测量值都不准确。为了克服这个问题,首先设计了自适应状态观测器来估计系统状态。然后,利用一种新的Lyapunov函数设计了分段递增自适应律以在线估计传感器失效因子。基于此,本章进一步给出了自适应动态故障补偿控制器的设计方法并提供了严格的稳定性证明。最后,通过数值仿真验证了所提方法的有效性。第七章在前三章所得结果的基础上,进一步研究了同时带有执行器和传感器故障的互联大系统的输出反馈控制问题。然而,互联项与传感器、执行器间的耦合给容错控制器设计带来了新的挑战。首先,构造一个分散的容错观测器来同时估计不可测状态和未知的执行器故障。然后,本章给出了一个自适应信号补偿机制来缓解由于传感器故障和输出互联给系统带来的影响。可以证明,闭环系统跟踪误差能够收敛到以原点为中心任意小的一个邻域内。最后,将所提方案应用于大型电网系统验证了其有效性。第八章总结了本文的主要工作,并对将来的研究做出展望。