随着各类无人机广泛投入实际应用，其可靠性与智能化的重要性也日益提升，而各类故障是影响无人机可靠性的主要原因，各类约束是限制无人机智能化的关键因素。本文将以提升无人机的可靠性和智能化为目标，从理论角度对执行器故障后受约束被控对象的性能，及被控对象自身动力学约束与外部环境约束共同影响下的规划与重规划问题开展研究。本文主要研究工作如下:　　(1)受执行器约束系统发生执行器故障后的自治愈控制方法　　执行器约束的存在限制了被控系统的性能，当发生执行器故障后，系统的可用剩余性能将进一步下降，增加了维持被控系统稳定性的难度。为此，将对现有容错控制方法进行扩展，提出自治愈控制方法框架，基于不变集思想，采用吸引域及可达集对故障后受约束系统的性能进行描述，从而判断执行器故障的可补偿性、故障后系统的稳定性及跟踪初始外部参考输入的能力。通过综合上述因素，设计容错控制器并规划新的最优外部参考输入，最大限度保证故障后被控系统的稳定性与安全性;　　(2)受执行器约束系统发生执行器卡死失效后的容错控制方法　　执行器卡死失效作为执行器问题中较为严重的一种，其不仅减少了被控系统可用控制输入通道的数量，同时引入了不可控恒值输入，造成系统剩余可用性能既要用来补偿失效执行器又要用来抵抗恒值输入。因此，将在自治愈控制方法框架的基础上，提出针对执行器卡死失效的容错方法:基于补偿器的方法和基于执行器卡死与约束归一化描述的方法。其中，后者通过将执行器卡死失效放松并描述为执行器约束，构造了不包含卡死失效的新系统，提升了容错控制器设计的灵活性;　　(3)受自身动力学和外部环境约束的规划与重规划方法　　无人机执行任务过程中，面临诸如障碍物、其他无人机等外部环境约束，需要通过规划方法计算同时满足外部环境约束及其自身动力学约束的轨迹才能确保无人机的安全性。针对这一问题，将首先基于自治愈控制思想，对现有的基于运动学约束的轨迹规划方法进行改进;然后，利用不变集既包含被控系统动力学模型信息又具有一定的几何形状这两个特征，将其作为连接被控对象自身动力学约束和外部环境约束的桥梁，提出基于不变集的规划思想，从理论上确保了被控对象运行过程中同时满足上述两种约束。在此基础上，对执行器发生故障后的重规划问题进行讨论;　　(4)室内试验平台搭建及面向四旋翼无人机旋翼失效的试验研究　　基于运动捕捉系统搭建室内试验平台，以提升试验效率。基于上述理论思想，分析四旋翼无人机某一旋翼失效后的系统性能，并基于室内试验平台完成四旋翼无人机某一旋翼失效前后过渡模态飞行，及旋翼失效下的三维位置跟踪飞行。