相比于固定翼无人机,无人直升机具有定点悬停、垂直起降、灵活飞行和协调转弯等优点,因此在众多军事和民用领域呈现出广泛的应用前景。特别是中型无人直升机,更是由于其巡航时间长、有效载荷大、飞行速度快、飞行高度高、鲁棒性能强等突出特点,受到了专家学者的关注并成为航空航天领域的研究热点之一。然而,无人直升机本身是一个欠驱动、强耦合、多变量的非线性系统。同时,在实际飞行中,还伴随着外部干扰、系统不确定性、执行器故障和非线性约束等因素,因此对无人直升机的鲁棒容错受限控制问题进行研究具有深远意义。本文以单旋翼带尾桨结构的中型无人直升机为研究对象,研究其非线性建模和鲁棒容错受限控制问题,主要研究成果如下:（1）针对中型无人直升机悬停和低速巡航飞行模态,将主旋翼的挥舞动态引入到中型无人直升机运动学和动力学方程中,最终得到了中型无人直升机6自由度14状态非线性系统模型。同时,利用仿真试验验证了所建立模型的有效性和适用性,为后续直升机鲁棒容错受限控制问题的探究提供了依据。（2）针对中型无人直升机的外部干扰和执行器故障问题,提出了自适应鲁棒容错跟踪控制方案。首先将外部干扰和执行器故障引入到中型无人直升机非线性系统模型中。然后为设计故障观测器,分别对平移运动子系统、旋转运动子系统和旋翼挥舞运动子系统构造了不同的辅助系统。随之,采用自适应方法并结合投影函数对未知执行器失效故障进行估计,并设计鲁棒项来提高系统的抗干扰能力。最终基于反步控制方法,提出了鲁棒容错控制方案来保证整个闭环系统的跟踪控制性能。（3）针对中型无人直升机的系统不确定性和多执行器故障问题,提出了全局有限时间容错跟踪控制方案。首先给出了系统不确定性和多执行器故障下的中型无人直升机的高度姿态复合模型。其次,设计了故障检测与辨识算法来对不同的执行器故障类型进行检测和判别。同时,采用径向基神经网络对系统不确定性进行逼近。最后,提出了自适应神经网络容错跟踪控制方案来保证闭环系统误差信号的有限时间收敛性。此外,通过引入切换函数将传统神经网络意义下的半全局最终一致有界扩展到了全局最终一致有界。（4）针对中型无人直升机的外部干扰、执行器故障和输入受限问题,提出了鲁棒容错补偿控制方案。首先分别对仅考虑外部干扰的位置运动子系统和姿态运动子系统设计了标称控制器来保证系统的鲁棒性。随后,基于所设计的标称控制器,引入附加的补偿输入对执行器故障和输入饱和进行处理。最终,结合反步法和自适应控制方法,提出了鲁棒容错控制方案来保证闭环系统跟踪误差的有界性。（5）针对中型无人直升机的外部干扰、执行器故障和输出受限问题,提出了基于预设性能的容错跟踪控制方案。首先通过引入误差转换函数,将存在输出受限约束的直升机系统转换为无约束系统。然后分别采用自适应方法和径向基神经网络对未知干扰的上界和非线性函数进行逼近。同时,基于逼近结果构造辅助系统来对执行器故障进行处理。最后,提出了鲁棒容错控制方案来保证闭环系统的瞬态和稳态性能,且输出跟踪误差满足受限条件。（6）针对中型无人直升机的外部干扰、执行器故障和全状态受限问题,提出了自适应鲁棒容错控制方案。首先将整个闭环系统分为平移运动、旋转运动和旋翼挥舞运动三个子系统。然后,为克服传统自适应方法需和投影函数相结合来解决奇异性的问题,对每个子系统分别设计容错控制方法来对执行器故障进行处理。同时应用自适应方法对未知有界干扰进行抑制。最后,基于障碍Lyapunov函数方法,提出了鲁棒容错控制方案来保证闭环系统的状态在预设的受限条件内变化。将上述提出的各种鲁棒容错受限控制策略分别应用到中型无人直升机非线性系统模型进行了仿真验证。结果表明本文所提出的鲁棒容错受限控制器不仅能够有效地保证系统稳定性,而且能使系统输出跟踪上参考轨迹信号。