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随着科学技术的发展，出现了一些具有大数目执行器和传感器网络、大规模系统动态性能关键的新型应用系统，如航空航天器、核反应堆、微电子机械系统以及智能电网系统。这些新型系统的主要特点是：工作变化范围大、系统动态范围复杂、元部件较多，因此具有很强的非线性特性，存在大幅度的参数和结构的不确定性，且可能遭受结构损伤，多个元部件故障会同时发生。例如，我国正在研究的新型飞行器：高超声速飞行器、智能变体飞机和倾转旋翼机等。这些系统的出现和发展对控制系统的安全性和可靠性带来了挑战，美国国家航空航天局（NASA）统计数据 [1] 显示，在126起飞机失控事故中，94%事故由不利机载条件引起；其中，由系统故障、损伤和错误引起的事故占45%。例如，1989年美联航232航班的飞机事故涉及执行器（方向舵、升降舵等）的液压系统故障，1994年美联航427航班在匹兹堡的事故和方向舵故障有关，2000年阿拉斯加航空261航班的事故中水平稳定器出现了故障。此外，因系统故障引起的事故也出现在工业过程和高速铁路系统中，如2005年发生的 BP 炼油厂爆炸事故就是由系统部件失灵造成的。另外，在事后对这些事故的研究中发现，故障后的系统实际上还具有足以用来实施安全控制的冗余驱动能力，如果能够有效地加以利用，可以避免事故的发生，这为新型应用系统容错控制的研究提供了依据和动力。
功能自愈合是指系统在出现由多重故障和结构损伤导致的大幅度参数变化和结构不确定的情况下，通过自身的自动调节而恢复并保持理想的系统特性。功能自愈合的实现需要更高效的故障诊断和容错控制技术。
2009年，美国爱达荷国家实验室的研究员在第二届人类系统交互会议上发表论文，并在会议中报告他们的工作，提出了“自愈合控制系统”的概念，并指出自愈合控制系统本质上是指系统具备自愈合功能，保障工业控制系统在遭受到任何可能降低系统性能有害行为的情况下仍然恢复理想系统性能。
与此同时，2007年NASA开启了名为“综合自愈合飞行控制”的研究计划，以增强飞控系统的自愈合能力。2012年，美国国家基金委开启了名为“故障自愈合系统”的研究计划，旨在把自愈合系统的概念进一步推广。
我国有关“十二五”科学技术发展规划也确定了该航空航天重大科学问题，并推动故障诊断和容错控制技术的研究。本书的研究沿着这一重要的战略研究方向，以飞行器为主要应用对象，针对可能导致性能关键系统出现结构不确定性的执行器故障、结构损伤和函数不确定性，探索自愈合控制新方法。