无人机的设计概念最早源于1914年英国一项“AT计划”的军事绝密计划,作为一种“机上无人,系统有人”的无人飞行器代替人类去执行复杂、艰巨和危险的任务,在众多领域担当重要角色。然而,由于飞行工作环境及机体本身极为复杂的特性,无人机在飞行及执行任务中,系统将不可避免地发生内部故障,随之导致的事故也较为严重。所以,为了尽可能的保证无人机的安全性和可靠性,无人机故障诊断和容错控制这一研究课题变得格外重要、有意义。本文基于反演控制的方法对含有执行器故障的无人机飞控系统设计容错控制算法,同时在Quanser无人工具的验证平台上测试所提方法的实际工程应用价值。本研究内容主要分为以下四部分:首先,大致对本课题的研究背景与研究意义做一个简单的介绍,对无人机飞控系统的容错控制技术研究现状进行概述。然后分析某型无人机的受力与受力矩情况,建立非线性数学模型。其次,考虑无人机飞控系统存在建模不确定性、外界干扰与执行器故障的情况,基于合理的假设条件下,利用自适应滑模观测器对故障进行诊断,基于反演控制算法,提出滑模动态面主动容错控制设计,重构姿态跟踪控制器,保证姿态控制系统的稳定性,实现系统在执行器故障的情况下能够渐近跟踪指令。通过Lyapunov理论证明系统的稳定性,保证轨迹跟踪误差最终一致有界。最后,利用MATLAB仿真实例来验证所提容错控制律的有效性。然后,进一步考虑更复杂棘手的执行器故障情况,针对执行器器可能同时并发多种故障,不需要故障检测和诊断模块,提出了一种自适应反演容错飞行控制器设计。首先提出新的多执行器故障数学模型,并对每种类型执行器故障进行描述。基于反演控制算法,利用有界定理,设计了一个改进式跟踪容错控制器。通过李亚普诺夫函数证明了该控制方案能保证所有闭环信号的全局有界性,能使跟踪误差指数收敛到可调的残差范围内。最后,通过MATLAB进行方法有效性的仿真验证。最后,为了测试本文所提出算法的工程应用效果,在Quanser无人工具的半实物验证平台实施验证实验。首先,参考文献,对Qball-x4无人飞行器的姿态系统建立非线性数学模型,然后对四旋翼机体标定,在Simulink/QUARC环境下,搭建第四章提出的姿态跟踪容错控制器,进行电机分配,调整参数进行姿态跟踪飞行。在无故障情况、单个执行器故障、两个执行器故障并发情况下,分别验证了无人机姿态系统的稳定性和设计的自适应反演容错控制器的有效性,同时体现了本文算法在工程上也有一定的应用价值。