无人机作为新兴科技领域的佼佼者,愈加广泛被应用于侦察拍照、农业灌溉、地理绘图、巡林防火等领域。随着使用范围和使用形式的逐渐多样化,四旋翼无人机的运行安全问题接踵而来。由于四旋翼无人机结构简单,鲁棒性差,所以在实际使用过程中四旋翼无人机极易受到外部扰动以及故障的影响,从而导致发生安全隐患甚至于酿成重大事故。为此,需要对四旋翼无人机系统进行故障诊断与容错控制的研究。此外,四旋翼无人机是典型的多输入系统,因此在故障诊断与容错控制的基础上,运用控制分配技术,将虚拟控制指令依据特定的优化目标分配给执行机构,并确保满足执行机构的约束条件,可以显著增强系统的鲁棒性。所以,对四旋翼无人机系统发生故障后进行故障诊断并设计容错控制器,进而结合控制分配技术增强系统的鲁棒性是本文研究的重点。具体研究内容如下:（1）基于模型对四旋翼无人机进行故障诊断与主动容错控制研究。首先,本文建立扰动的非线性四旋翼无人机系统的数学模型。然后,提出一种新的神经网络自适应观测器来同时估计传感器和执行器发生的故障,观测器的参数可以通过求解所提出的线性矩阵不等式来获得。接着,设计模型参考容错控制器,使系统轨迹在故障发生后仍能跟踪系统的期望轨迹。最后,采用四旋翼无人机系统为仿真对象,进一步验证本文提出算法的有效性。（2）基于控制分配技术对四旋翼无人机进行被动容错控制研究。首先,建立具有未知输入的非线性四旋翼无人机系统的数学模型。然后,给出满足控制分配方程的最优控制分配律。接着,设计虚拟控制指令,使系统的输出轨迹在系统执行机构发生死区或间隙后仍能跟踪系统的期望输出轨迹。最后,以四旋翼无人机模型为例,验证本文提出的算法的有效性。（3）基于控制分配技术对四旋翼无人机进行故障诊断与主动容错控制研究。首先,给出非线性四旋翼无人机系统的状态空间表达模型。其次,提出一种基于自适应权值的加权伪逆方法,降低了指令饱和对系统的影响。然后,设计一种基于故障效率矩阵的动态权值控制分配方法。权值矩阵可以根据观测器提供的故障估计值动态调整控制分配律。接着,将自适应权值和动态权值相结合,提出一种针对故障和物理约束的动态自适应控制分配律方法。最后,利用Matlab软件进行仿真,验证本文所提的基于控制分配容错控制方法的有效性。