第1章 引言 1
1.1容错控制系统的研究目的 2
1.2容错控制（FTC）和故障检测与隔离（FDI）的滑动模型 4
第2章 容错控制和故障检测与隔离 5
2.1故障和失效定义 5
2.2容错控制概述 7
2.3冗余控制 9
2.4容错控制 11
2.4.1自适应控制 11
2.4.2模型转换或合成 12
2.4.3预测 13
2.4.4控制信号再分配 13
2.4.5鲁棒控制（？∞控制） 15
2.5故障检测与隔离 16
2.5.1基于残差的FDI 16
2.5.2故障识别和重构 17
2.5.3参数估计 18
2.5.4非基于模型的FDI（智能FDI） 19
2.6小结 19
第3章 一阶滑模概念 20
3.1滑模理论简介 20
3.1.1规范形式 20
3.1.2滑模特性 22
3.2简单实例：单摆 23
3.2.1仿真与结果 25
3.2.2实用控制法则 25
3.3单位向量法 28
3.3.1闭环系统的稳定性分析 29
3.3.2单位向量伪滑动项 30
3.4滑动面设计 31
3.4.1二次最小化 31
3.5跟踪控制器设计 32
3.5.1积分作用法 32
3.5.2模型参考法 35
3.6容错控制滑动模型 37
3.7小结 38
3.8注释和参考文献 38
第4章 故障检测滑模观测器 39
4.1滑模观测器简介 39
4.2Utkin观测器 39
4.2.1滑动运动的特性 41
4.2.2实例 42
4.2.3抗扰性能 45
4.2.4平滑其间断性的伪滑模控制 47
4.2.5插入线性项的修正 48
4.3故障重构Edwards-Spurgeon观测器 50
4.3.1观测器构想及稳定性分析 51
4.3.2执行器故障重构 54
4.4线性矩阵不等式（LMI）设计方法 55
4.4.1软件实现 56
4.5采用滑模观测器的鲁棒故障重构 57
4.5.1鲁棒执行器故障重构 60
4.5.2实例：垂直起降飞机模型 64
4.6观测器变型 65
4.7与UIO（线性未知输入观测器）的比较 66
4.7.1基于起重系统的比较研究 71
4.8小结 75
4.9注释与参考文献 75
第5章 采用观测器串联的鲁棒故障重构 76
5.1观测器串联方案简介 76
5.2鲁棒故障重构方案 76
5.2.1设计算法 77
5.3重构条件 87
5.3.1总体坐标变换 87
5.3.2定理5.2的证明 92
5.3.3降阶滑模的稳定性 94
5.4设计实例 97
5.4.1观测器设计 98
5.4.2仿真结果 100
5.5小结 102
5.6注释与参考文献 102
第6章 传感器故障重构 103
6.1传感器故障重构简介 103
6.2传感器故障重构方案 103
6.2.1重构准备 103
6.2.2稳态条件下的故障重构 104
6.2.3动态传感器故障重构 105
6.2.4不稳定系统的故障重构 108
6.3鲁棒传感器故障重构 117
6.3.1实例 119
6.4非最小相位系统中的故障重构 121
6.4.1主要结果 124
6.4.2实例 129
6.5小结 134
6.6注释与参考文献 134
第7章 案例研究：传感器故障重构方案的实现 135
7.1起重系统中的应用 135
7.1.1起重系统的建模 136
7.1.2实现 137
7.2直流电动机中的应用 140
7.2.1准备工作 141
7.2.2关于电动机设置的说明 142
7.2.3建模 142
7.2.4观测器设计 144
7.2.5实现 144
7.2.6结果 145
7.3小结 149
7.4注释与参考文献 149
第8章 自适应滑模容错控制 150
8.1自适应滑模容错控制简介 150
8.2执行器容错控制 150
8.2.1滑模控制器设计 152
8.2.2滑模超平面设计 157
8.3仿真结果 159
8.3.1无故障仿真 160
8.3.2有效性增益的变化 161
8.3.3升降舵总体失效仿真 162
8.3.4骤风条件下的升降舵总体失效 164
8.3.5有效性和升降舵失效的综合损失 165
8.4传感器容错控制 168
8.4.1准备工作 168
8.4.2闭环分析 170
8.5B747的鲁棒传感器故障重构 173
8.6传感器容错控制仿真结果 174
8.6.1无故障仿真 174
8.6.2故障仿真：FDI关闭 176
8.6.3故障仿真：FDI开启 176
8.6.4噪声条件下传感器故障仿真 177
8.6.5阈值选择 178
8.7小结 178
8.8注释与参考文献 178
第9章 基于在线控制分配的容错控制 180
9.1简介 180
9.2控制器设计 180
9.2.1问题描述 181
9.2.2稳定性分析 185
9.2.3滑模控制法则 186
9.3不完善故障重构的影响分析 187
9.4滑模设计问题 190
9.5 ADMIRE仿真 191
9.5.1控制器设计 191
9.5.2利用观测器估计执行器故障 193
9.5.3 ADMIRE：仿真结果 194
9.6小结 197
9.7注释与参考文献 197
第10章 模型参考滑模容错控制 198
10.1模型参考滑模容错控制简介 198
10.2在线控制分配 199
10.2.1稳定性分析 202
10.2.2滑模控制准则 203
10.3固定控制分配 206
10.3.1滑模控制准则 208
10.4自适应参考模型 211
10.5 ADMIRE仿真：在线控制分配 211
10.5.1控制器设计 211
10.5.2采用最小二乘法进行执行器故障估计 213
10.5.3仿真结果 213
10.6 ADMIRE仿真：固定控制分配 215
10.6.1控制器设计 215
10.6.2仿真结果 215
10.7小结 217
10.8注释与参考文献 217
第11章SIMONA实现结果 219
11.1简介 219
11.2试验设备（SIMONA） 219
11.2.1 SIMONA仿真器 219
11.2.2基准V2.2-FTLAB747 V6.5/7.1/2006b 220
11.3控制器设计 221
11.3.1横向控制器设计 223
11.3.2纵向控制器设计 224
11.4 SIMONA实现 224
11.5应用结果分析 226
11.5.1无故障响应 226
11.5.2执行器有效性水平 226
11.5.3水平稳定翼失稳 226
11.5.4升降舵偏移阻塞 229
11.5.5副翼偏移阻塞 229
11.5.6方向舵脱离 229
11.5.7方向舵失控 229
11.6小结 234
11.7注释与参考文献 234
第12章 案例分析：ELAL Bijlmermeer事件 235
12.1简介 235
12.2 ELAL 1862事件 235
12.3 ELAL 1862飞机损伤分析 238
12.3.1 ELAL 1862飞机可控性和性能 239
12.4控制器设计 241
12.4.1横向控制器设计 242
12.4.2纵向控制器设计 243
12.5 SIMONA实现 245
12.5.1 ILS（仪表着陆系统）着陆 245
12.6飞行员操作的SIMONA仿真结果 247
12.6.1经典控制器 248
12.6.2 SMC控制器 251
12.7小结 255
12.8注释与参考文献 256
第13章 结束语 257
参考文献 258