微型四旋翼无人机具有质量小、便携性好、灵活机动等特点,因此在消防救援、地质勘测、军事侦察等领域均有广泛的应用。然而,传统的微型四旋翼无人机控制方法在某些特殊情况并不适用。例如,在面对强风干扰或者其他扰动时;四旋翼无人机机构发生严重故障等情景。考虑到工作环境的突变、执行器的故障以及无人机系统工作点的转变等现象都可视为一类系统的模态随机切换,本研究将采用多模态系统理论对微型四旋翼无人机进行建模,分别给出了系统存在时变特性、观测模态异步、执行器故障等情况下的控制方法,并针对微型四旋翼无人机的状态防抖问题进行研究。论文的主要内容和研究成果简述如下:第2章针对存在执行器效率损失的微型四旋翼无人机系统,基于半马尔可夫随机过程理论,给出了具有半马尔可夫切换特性的微型四旋翼无人机模型与控制方法。本研究假设微型无人机执行器的实际效率是在一定范围内变化的,且执行器实际效率的随机变化规律服从半马尔可夫随机过程。本章在经典的四旋翼无人机模型和随机切换理论的基础上,通过线性化方法以及所提出的李雅普诺夫函数,给出了基于半马尔可夫随机过程的微型四旋翼无人机系统的随机稳定判据。在此基础上,构造了一个模态相关的控制器镇定闭环微型四旋翼无人机系统。最后,通过数值仿真验证了该方法对于具有半马尔可夫切换特性的微型四旋翼无人机系统的有效性。第3章研究了一类具有时变参数和不准确的观测模态信息的微型四旋翼无人机系统的随机稳定性与镇定问题。在上述微型四旋翼无人机模型的基础上,本章假设系统的观测模态与真实模态之间存在异步现象,且两者为相互独立的半马尔可夫随机过程。通过引入隐马尔可夫随机过程理论,本章有效的建模了此时微型四旋翼无人机系统中存在的模态不匹配现象。其中,系统中的发射概率是随时间变化的且服从分段齐次特性。基于所提出的李雅普诺夫函数,本章构造了一个依赖于系统观测模态的控制器,有效的镇定闭环微型四旋翼无人机系统。最后,基于仿真实验验证了本章所提出的控制方法在系统模态不匹配情况下的有效性。第4章研究了一类具有执行器故障的微型四旋翼无人机系统的容错控制与防抖控制问题。考虑到系统故障检测信息的随机性,本章基于上述半马尔可夫微型四旋翼无人机模型和隐半马尔可夫随机切换理论,建立了微型四旋翼无人机故障容错控制结构。其中,系统的发射概率具有时变特性。然后,为了有效克服微型四旋翼无人机系统随机切换带来的状态突变,本章构造了一个具有防抖约束的控制器,保证微型四旋翼无人机系统的随机稳定同时,还具有良好的防抖性能。最终,本章所提出控制方法的有效性通过一个实际的微型四旋翼无人机模型得到验证。