四旋翼飞行器是一种结构简单、易操纵、可垂直起降和悬停的多旋翼飞行器,广泛应用于军事和民用领域。但由于四旋翼飞行系统具有强耦合、数学模型不确定等复杂特性,使其对外部干扰极为敏感且容易发生故障,因此其容错控制问题成为了近几年来研究的热点。本文分别针对单个四旋翼系统和四旋翼编队系统,在系统存在多执行器故障情况下进行了容错控制方法研究,基于模型预测控制,提出并设计了三种不同的容错控制算法。全文主要内容和创新点如下:首先,阐述了四旋翼飞行器的结构组成及飞行原理,分析推导出四旋翼飞行器的数学模型,得到空间位置方程和三个姿态角方程,并简要介绍了四旋翼容错控制实验仿真平台的系统组成及实验流程。然后,针对存在执行器部分失效故障以及模型参数不确定性的单个四旋翼系统,提出了一种基于滑模观测器的改进预测容错控制方法。构造了观测模型,设计了具有良好鲁棒性的离散滑模观测器,实现多执行器故障的估计。建立了带有嵌入式积分器的增广状态模型,进而设计了一种改进预测控制算法,使得四旋翼系统在多执行器故障下,依然能够保持稳定,并具有良好的控制性能。通过实验仿真验证了所提容错控制方法的有效性。其次,针对执行器部分失效故障和带有输入输出约束的四旋翼时滞不确定系统,提出了一种基于线性矩阵不等式的min-max鲁棒预测容错控制方法。采用了多胞方法描述系统的不确定性,建立带有输出误差的增广模型,设计了min-max鲁棒预测容错控制算法。在性能指标的优化问题中加入了输入输出约束条件,并在状态反馈控制中加入故障模型的比例因子和时滞记忆控制项。同时利用Lyapunov稳定性理论和LMI方法将“min-max”优化问题转化为目标最小化问题,得到了最优控制律,保证系统的稳定性。仿真实验验证了该方法的合理性和可行性。最后,针对多个四旋翼的编队系统的容错控制问题,考虑到实际的避碰需求、状态和输入约束以及执行器故障,提出了一种分布式预测容错控制方法。分别为每个四旋翼都设计了各自的目标代价函数和预测模型,且同步实施滚动优化。考虑到四旋翼之间存在状态信息交流,将避碰问题转化为每个四旋翼的约束条件。同时考虑执行器部分失效故障、状态和输入约束,改进了终端成分,从而保证了整个编队系统的容错稳定性。通过对比仿真实验表明了该方法的有效性。