自上个世纪九十年代以来，无人机在军事以及民用领域都得到了广泛的应用，如目标打击、农林植保、航拍娱乐等。相较于单架无人机，无人机编队在容错性、灵活性以及协作性方面都有着无可比拟的优势，因而成为当今世界无人机领域中的研究热点。然而，由于飞行环境以及编队系统自身的复杂特性等客观原因，发生故障的概率也随之增大。因此，为了保证无人机编队系统具有很强的安全性与可靠性，设计有效可行的无人机编队系统故障诊断与容错控制方法是一个至关重要且意义重大的研究领域。本文基于分布式观测器的方法对发生了执行器故障的无人机编队系统设计了故障诊断与容错控制算法，并在Quanser无人工具实验平台上验证了所提方法的实际工程应用价值。
　　首先，阐述了课题的研究背景与意义，并对无人机编队的故障诊断与容错控制技术的国内外研究现状进行了综述。然后，建立无人机飞控系统的数学模型，并借助图论的方法建立编队中无人机之间的通信拓扑结构。
　　其次，采用有向图描述无人机编队系统的通信拓扑结构，针对含有扰动和执行器故障的无人机编队系统，通过引入相对输出估计误差，提出了一种基于带有可调参数的分布式区间观测器的故障估计方法，完成了基于Lyapunov函数的全局误差系统的稳定性证明，且通过仿真验证了方法的有效性。
　　然后，为了更加符合真实情况，在无人机编队中进一步考虑了时滞问题。另外，考虑到了无人机编队必须要有一定的容错能力来增强系统的可靠性。为此，设计出一种基于分布式故障估计观测器的时滞无人机编队系统的主动容错控制方法，完成了基于Lyapunov-Krasovskii泛函的稳定性证明，并给出了主动容错控制系统存在的充分条件。仿真对比分析了只有标称控制算法与有主动容错控制算法时执行器故障对被控输出的影响，证明了所提主动容错算法的有效性。
　　最后，为了验证本课题所设计方法的工程应用效果，基于实验室提供的实验设备，在Quanser公司研制的无人工具平台上进行了半物理仿真实验验证，并设计了执行器故障注入方法。本实验使用了两台地面无人机Qbot2与一架无人飞行器Qball-X4组成一个编队进行故障诊断与容错控制半物理仿真实验，实验结果表明所设计的分布式观测器故障估计性能良好，即使在发生执行器故障情况下，整个编队系统依然可以保持稳定，从而验证了主动容错控制算法在工程上有一定的实用价值。