四旋翼飞行器是一种典型的现代复杂系统,相比于固定翼飞机,它具有更复杂的气动特性和更特殊的飞行状态,因此需要更高精度的数学模型和更稳健的故障诊断以及容错控制方法来保证飞行品质和飞行安全。混合建模策略是获得准确、可靠模型的有效手段之一。在传统混合建模过程中,先验模型和非参数模型的内涵往往难以界定;分析非参数模型时,也缺乏线性化方法的选择标准。针对上述问题,本文分析了四旋翼飞行器中的各类物理效应,给出了模型非线性项非线性程度的度量方法,提出一种基于物理效应分析和非线性度量的混合建模策略。实验结果表明,该混合建模策略在可靠性、准确性以及控制器能耗等方面具有良好的优越性。在混合建模策略的基础上,本文提出一种基于主元分析的双重粒度故障诊断方法。其中,先验模型用于粗粒度级别的故障诊断,确定故障发生的通道(俯仰、滚转、偏航);非参数模型用于细粒度级别的故障诊断,在故障通道中进一步确定发生故障的具体元部件。实验结果表明,该故障诊断方法可以有效检测并诊断四旋翼飞行器的结构性故障。基于四旋翼飞行器的混合模型及故障诊断的结果,本文设计一种动态反馈容错控制器,以保证闭环系统在结构性故障下不仅具有渐近稳定性,而且能准确跟踪系统的期望输出。仿真结果表明,该容错控制器设计方法具有良好的容错控制效果和更低的控制能耗。