该课题研究的是欠驱动水面艇的容错控制(Fault Tolerant Control)。即容许水面艇在航行过程中出现故障的情况下,通过状态反馈控制器给出合理的控制输入,使欠驱动水面艇能够按照稳定的姿态和预定的航迹继续航行。主要实现过程是根据水面艇的数学模型,通过引入状态反馈,结合李雅普诺夫(Lyapunov)稳定理论以线性矩阵不等式(Liner Matrix Inequality,LMI)形式给出水面艇在传感器失效的情况下具有容错性能的充分条件,并通过求解线性矩阵不等式组最终得到容错控制器结果。首先,本文根据欠驱动水面艇的水动力分析及其附加质量建立四自由度数学模型。介于执行器机械机构的限制和控制输入在平衡点附近近似线性化的精确性要求,给出输入舵角严格限制。同时考虑模型的不确定性,建立含有参数摄动的数学描述。然后,针对欠驱动水面艇的带有输入约束的不确定性数学描述,考虑传感器故障情况,基于线性矩阵不等式方法,通过离线计算,重构控制率实现欠驱动水面艇的鲁棒容错控制。为实现控制输入软约束,提出了基于模型预测控制的鲁棒自适应容错控制方法,利用模型预测控制算法滚动优化的优点,结合基于模型参考的自适应容错控制策略,给出了满足目标函数最小的控制输入,并将输入约束转换成LMI形式编入在程序中,从而提高了容错控制的鲁棒性并实现了控制软约束。最后,结合Serrt-Frennet坐标系下欠驱动水面艇的运动学描述,通过基于模型预测控制算法的鲁棒自适应容错控制方法,实现了欠驱动水面艇传感器故障情况下的航迹渐近跟踪。