在对发动机控制系统进行故障检测与诊断的基础上，重新组织和设计由无故障部件构成的控制系统，使系统工作在正常或次优状态。现代控制理论、信号处理、模式识别、最优化方法、决策论、统计数学等构成了容错控制的理论基础。

随着航空技术的不断进步，20世纪60年代初期提出了容错控制的设计问题。航空发动机采用数字电子控制系统后，利用计算机的计算能力、逻辑判断能力和决策能力，人们设计出了种种具有容错能力的控制系统。

航空发动机容错控制主要采用余度、重构、机内测试（built-in test,BIT）等技术。

控制系统设计几个通道，其中一个通道工作，其他通道为备份通道，当一个通道出现故障时，另有一个通道投入工作。余度技术大致分为硬件余度和软件余度，其中软件余度又称解析余度。

在硬件余度的多个控制通道中，当各个通道都有元件发生故障时，只要能够把各个通道中的无故障元件重新组合成一个新的完整的通道。系统重构原理是（图1）：如果采集模块A、控制模块B和输出模块A发生故障，则A与B两个通道都不能单独工作；但可以将采集模块B、控制模块A和输出模块B三个无故障模块重新构成一个完整的无故障通道，系统便仍能正常工作。

图1 系统重构原理图

在电子设备内部集成了对其自身故障和控制系统其他组成部件电气部分故障进行自动检测的功能，负责传感器、电缆、输入通道、中央处理模块、输出通道、执行机构以及相关的液压机械组件的故障检测，并将结果存储起来或传输到飞机驾驶舱的显示装置上。

航空发动机控制系统通常采用基于双余度架构的硬件容错控制方案：传感器、开关量、指令输入模块、执行部件均采用双余度，电子控制器由硬件相似的两个通道构成，每个通道通过信号采集与处理的BIT功能模块检测到故障，通过容错控制算法模块自动将故障信号剔除，采用正常余度进行控制计算，达到单一故障情况下不影响系统功能、性能的目的，其原理图见图2。

图2 基于双余度架构的硬件容错控制系统原理图

航空发动机容错控制在航空发动机全权限数字电子控制系统中得到发展和应用。容错控制系统往往通过增加硬件余度和软件解析余度来提高航空发动机控制系统的安全性和可靠性。前提条件是系统中的故障必须能被准确检测、定位、隔离，然后才能通过系统重构，发挥余度作用，进而降低或避免故障影响的发生。

根据达到控制目标的程度，航空发动机容错控制可以分为三个层次：①保安全。在发生故障时不造成人员伤亡或重大经济损失。②不降级。发生故障时，发动机可继续完成预定任务。③可派遣。发生故障时，发动机无须维修更换，可再次出动执行任务。

21世纪10年代后，航空发动机容错控制将在基于模型的容错和基于人工智能的容错等方面进行技术攻关。

利用发动机解析模型得到的关于执行器或传感器的冗余形式，容错方案通常应用于系统多重故障而不增加硬件开支的情况。基于模型的容错控制系统原理图见图3，共包含发动机、传感器、扩展卡尔曼滤波器机载模型、故障侦测算法、融合算法、故障调节模块、传感器重构、全权限数字电子控制系统（FADEC）、执行机构等单元。故障侦测算法根据卡尔曼滤波器机载模型输出偏差诊断故障，并进一步通过融合算法确定故障的类型及程度。如果是传感器故障，则传感器重构模块虚拟出传感器信号，送给FADEC完成控制任务；如果是非传感器故障，则故障调节模块首先判别故障类型，并按照预设的故障控制方案，对FADEC的指令输出进行修正，以抵消由于故障对发动机带来的不利影响，确保发动机稳定地工作。

图3 基于模型的容错控制系统原理图

包括模式识别、专家系统、神经网络、模糊逻辑及遗传算法等，可以弥补传统容错控制技术的不足，它不依赖于发动机精确的数学模型。进行故障诊断系统设计时可考虑故障的程度，而且基于智能的容错控制技术对于缓慢故障有较好的诊断能力和容错能力。在控制过程中，智能控制具有两个不同于常规特质的特点：①学习的功能。智能控制过程不仅具有从外界获取并储存知识的本领，还能够不断积累经验，吸收好的控制策略，增强对环境的应变能力。②决策的功能。智能控制能够根据已学习过的样本及外界环境的变化，随着调整控制策略，使得控制过程向着改善系统品质的方向发展。智能容错控制的目的在于针对不同的故障源和故障特征，采取相应的容错处理措施，对故障进行补偿、消除或自动修复，以保证被控对象安全可靠运行。基于人工智能的容错控制系统原理见图4，容错控制模块能够根据检测的故障信息，具有自动修改控制策略、改变控制器结构、重新配置系统软硬件及自适应和自学习功能，它还能将监控对象的部分故障消除在系统内部。

图4 基于人工智能的容错控制系统原理图