近年来,随着多旋翼无人机技术的不断进步,其在电力巡检、军事情报侦查、抢险救灾、物流配送等领域得到广泛的应用。为了增强无人机的负载能力、抗干扰能力和飞行稳定性,以提高其在抢险救灾、物流配送等应用领域的工作效率,本文在六旋翼无人机的结构基础上做出改进,设计了一款拥有十二个旋翼的无人机。并以该无人机作为研究对象,在姿态控制和容错控制等相关技术上展开了一系列研究工作,具体如下:首先,阐述了多旋翼无人机结构的改进依据,介绍了无人机的运动原理、坐标系的定义以及坐标转换的方法,并分别根据牛顿第二定律以及牛顿欧拉方程推导出了无人机的动力学模型和运动学模型,为后文中姿态控制和容错控制算法的设计奠定基础。其次,针对无人机模糊PID姿态控制受模糊规则固定论域制约,导致自适应能力不足的问题,提出了加入伸缩因子对论域范围进行实时调节的方式,进而设计了基于变论域模糊PID的姿态控制器。通过MATLAB/Simulink搭建所设计算法的仿真环境,并分别在无扰动和存在扰动的情况下,与传统控制算法就姿态角控制效果进行仿真对比验证,最终证明基于变论域模糊PID控制器响应速度更快,超调量更小,并能够更有效的抑制抖动。再次,对常见的故障类型做出分析,建立了执行器故障时无人机的数学模型。在姿态控制器的基础上引入控制分配策略思想,针对传统控制算法对故障信息解算速度慢且存在较大误差的问题,提出了利用滑模观测器对故障信息进行实时监测的方式。在无人机故障时,利用伪逆加权算法对故障信息进行处理,实现对控制分配矩阵的及时调整,从而降低故障执行器的使用率。最后,通过MATLAB/Simulink进行仿真分析,验证了在执行器发生不同程度的故障时该容错控制算法的有效性。最后,将在Solidworks中建立好的无人机三维模型导入至CFD中,对其进行网格划分,并对湍流模型、边界条件等进行了分析和选择。在CFD-FLUENT中进行相关参数的设置,并对工况做出求解,通过模拟计算验证了所改进无人机结构的可行性。通过CFD-POST生成旋翼压力以及旋翼、无人机流线云图,对仿真参数进行了可视化的处理。本文对改进的无人机结构以及所提出的姿态控制算法和容错控制算法均进行了仿真试验,并对相关参数进行了数据分析。分析结果表明,该机械结构是可行的,且无论在正常情况下或者执行器故障时,姿态控制算法和容错控制算法均能够保证无人机的飞行稳定性。本文研究内容在无人机的姿态控制、容错控制方面提供了参考依据,具有一定的理论意义和价值。