随着控制科学的发展以及工业化进程的加快,依靠单个智能体系统很难完成复杂的控制任务,需要引入多个相互协作的智能体系统,即多智能体系统,各个智能体彼此分工合作、协同完成复杂的控制任务。由于多智能体系统具有更好的性能、更全的功能和更强的适应性,多智能体系统在无人机编队中的应用得到了广泛关注。多无人机的紧密编队飞行是特殊的近距离编队飞行,由于无人机紧密编队飞行中存在涡流效应,处于涡流中合适位置的无人机可以获得更小的诱导阻力和更大的升力,因此节省了紧密编队系统的燃油消耗以及增加了多无人机的续航里程从而达到了更好的经济效益。不可忽视的是,多智能体系统易受到故障的影响且故障容易在多智能体系统中传播。多智能体系统及多无人机紧密编队系统要安全且可靠运行,需建立主动容错控制机制来保障多智能体系统在遭受故障时依旧能维持稳定性、可靠性和安全性。本论文研究多智能体系统的主动容错控制及其在无人机编队中的应用,建立了同构多智能体系统、异构多智能体系统和多无人机紧密编队系统的主动容错控制的理论框架,为提高多智能体系统和紧密编队系统运行的可靠性和安全性提供有力的解决方案。首先针对多智能体系统进行了故障机理分析,包括同构多智能体系统和异构多智能体系统的故障描述及建模。然后给出了多无人机紧密编队系统的建模,包括涡流效应、多无人机紧密编队系统以及一字型“长-僚机”紧密编队系统的分析与建模,为后续章节关于多智能体系统的主动容错控制及其在无人机编队中应用的适用性提供模型基础。在多智能体系统中主要提出了三类主动容错控制方法,分别是基于分布式自适应补偿的同构多智能体系统的主动容错控制、基于分散式故障估计的同构多智能体系统的主动容错控制以及基于分散式滑模控制的异构多智能体系统的主动容错控制,主要研究内容如下:针对带有系统非线性、不确定性和执行器故障的同构多智能体系统提出了一类基于分布式自适应补偿的主动容错控制方法。故障检测层、健康控制层和主动容错控制层构成同构多智能体系统的层级结构。当故障检测层检测到执行器故障时,容错一致性控制策略从健康控制层切换到主动容错控制层。根据瞬态和积分叠加的估计信息,在主动容错控制层中提出一类基于分布式自适应补偿的主动容错一致性控制算法来同时补偿系统非线性、不确定性和执行器故障,以及实现同构多智能体系统的均分一致性控制目标。针对带有执行器故障和传感器故障的同构多智能体系统提出了一类基于分散式故障估计的主动容错控制方法。在故障估计系统中引入分散式未知输入观测器来同时估计同构多智能体系统的状态和故障信息。在容错控制系统中提出渐近稳定目标下的分布式主动容错控制器和渐近跟踪目标下的分布式主动容错控制器。在渐近稳定目标下的容错控制器中提出基于常值增益和基于点增益的主动容错控制算法。在渐近跟踪目标下的容错控制器中增加一类基于边增益的主动容错跟踪控制算法。分布式主动容错控制器中的容错控制算法和容错跟踪控制算法都能有效处理双向耦合交互,以及实现同构多智能体系统的渐近稳定和渐近跟踪性能。针对带有匹配干扰、不匹配非线性交互和执行器故障的异构多智能体系统提出了基于分散式滑模控制的主动容错控制方法。通过设计积分滑模观测器以及引入自适应上界律,基于分散式输出滑模控制的主动容错控制中的迭代和非迭代算法能有效补偿匹配和不匹配项,以及实现异构多智能体系统的渐近稳定性和估计误差的一致有界性。在多无人机紧密编队系统中主要提出了三类主动容错控制方法,分别是基于多模型自适应状态反馈控制的“长-僚机”紧密编队系统的主动容错控制、基于∞自适应输出反馈控制的“长-僚机”紧密编队系统的主动容错控制以及基于分散式和分布式一体化设计的异构多无人机紧密编队系统的主动容错控制,主要研究内容如下:研究了带有部分失效、卡死/失灵和未知乘性执行器故障的涡流效应影响的“长-僚机”紧密编队系统的位置和姿态跟踪控制问题。一方面,根据标称∞控制设计,提出了一类基于多模型自适应状态反馈控制的主动容错控制方法来实现“长-僚机”紧密编队系统的渐近稳定性,误差信号的有界性以及位置和姿态的渐近跟踪性。另一方面,引入未知输入观测器和设计带有投影函数的自适应律来实现对执行器故障参数的辨识,并提出了基于∞自适应输出反馈控制的主动容错控制方法来实现在长机机动指令下“长-僚机”紧密编队系统的渐近稳定性以及姿态和位置的渐近跟踪性。研究了同时带有执行器和传感器故障的涡流效应影响的一字型“长-僚机”异构多无人机紧密编队系统的位置和姿态跟踪控制问题。通过引入故障估计系统中未知输入观测器的状态和故障的估计信息,以及获取邻接异构无人机的相对输出信息,提出了一类基于分散式故障估计和分布式主动容错控制的一体化设计方法来处理故障估计系统和容错控制系统之间的双向耦合,以及来实现在长机机动指令下一字型“长-僚机”紧密编队系统的渐近稳定性和∞性能。本论文将所设计的主动容错控制算法成功应用于多无人机紧密编队飞行模型,仿真结果验证了所提多智能体系统和紧密编队系统主动容错控制算法的有效性。