近年来,随着智慧农业迅速发展,变载植保无人机因其结构简单、机动性好、灵活度高以及易于维修的优势,逐渐受到越来越多人们的青睐。但由于其工作的特殊性,变载植保无人机经常会受到诸如:机体的负载质量变化、外部环境扰动以及执行器故障等因素的影响,迫使其对预定轨迹的跟踪稳定性降低,甚至发生坠毁事故。因此,本文将针对上述安全隐患,以喷洒农药的变载植保四旋翼无人机为对象,进行如下的系统可靠性控制研究:首先,针对变载植保四旋翼无人机的负载质量时变性,分析飞行原理并结合牛顿欧拉理论,建立起变载植保四旋翼无人机的数学模型,并针对时刻变化的质量给系统带来的扰动,设计质量估计机制对其进行实时估计。同时考虑到执行器偏差故障和效率损失故障对其的影响,建立了故障系统的模型。其次,以建立的变载系统模型为基础,针对外部扰动和内部负载质量变化引起的扰动同时作用于变载植保四旋翼无人机的情况,将变载飞控系统分为位置和姿态两个子系统。结合非奇异快速终端滑模控制和自适应估计,分别设计出位置和姿态两个控制器,通过MATLAB对比实验,验证了设计的抗扰控制器能保证系统稳定快速地跟踪上预设目标轨迹。最后,以建立的变载系统故障模型为基础,针对变载植保四旋翼无人机系统执行器偏差故障和效率损失故障的情况,分别设计了自适应故障观测器对各种突发的故障进行估计,并将估计的故障信息补偿给设计的非奇异快速终端滑模容错控制器中。通过多组的MATLAB仿真对比实验,证明了设计的故障容错控制器能使变载飞控系统容忍对不同故障的影响,增加了飞控系统的可靠性。