四旋翼飞行器是能够垂直起降的、多旋翼式遥控自主飞行器,它外型新颖、性能卓越,具有重要的军事和民用价值。四旋翼飞行系统具有非线性、强耦合性和数学模型不确定性的特点,工作时存在未知外扰的影响,这对四旋翼飞行运动控制系统的设计提出了更高的要求。因此它更需要稳健的、鲁棒性强的飞行控制系统来保证飞行品质和安全。然而由于强气流扰动、飞鸟等不可预知、不可控的外界因素可能会直接影响直升机的飞行状态,甚至会影响到飞行品质和飞行安全,因此研究直升机飞控系统的容错控制问题具有相当重要的意义。本文的主要目的是设计容错控制器并在Qball-X4四旋翼无人机实验平台上实现容错控制。主要研究内容可概括如下：(1)介绍选题的背景与意义,介绍了整个Quanser无人控制系统,主要包括Qball-X4四旋翼无人机、Qbot地面移动机器人和OptiTrack定位系统。(2)介绍了Qball-X4的整体结构,对Qball-X4进行受力分析和力矩分析,然后在系统坐标齐次变换矩阵理论基础上,利用牛顿运动定律和欧拉动力学方程推导出了Qball-X4的数学模型。得到非线性模型后进行化简,得到线性模型。(3)以四旋翼直升机为主要应用对象,以满足H∞性能的鲁棒算法为理论基础,利用线性矩阵不等式(LMIs)工具箱,对直升机控制系统进行主动容错控制问题进行研究。设计控制器,并进行仿真。(4)设计增益调度PID控制器,分别对不同电机的故障情况进行仿真,并对不同程度的故障情况进行仿真。设计自适应容错PID控制器,并搭建Simulink模型进行仿真,仿真从无故障的情况开始,然后不同故障被施加到系统。最后进行半实物仿真。