众所周知,植保是农业生产的一个重要环节,可以促进农作物的生长,保障农作物的产量与质量。随着农业现代化、机械化、自动化的发展,四旋翼农用无人机在农业植保领域扮演着越来越重要的角色。大量植保无人机都需要按照预定航迹作业且难以避免执行器故障、传感器故障的发生。本文综合考虑四旋翼植保无人机存在风力扰动、时变负载、时间延迟和执行器故障等扰动因素,对其航迹跟踪控制和容错控制问题展开研究。主要研究内容如下:首先,基于Newton-Euler方程,建立四旋翼植保无人机非线性动力学模型,并根据四旋翼植保无人机欠驱动特性设计内外环控制的系统总体控制方案。其次,针对风力扰动下四旋翼植保无人机航迹跟踪控制问题,借助Dryden模型生成紊流风场,建立含有风力扰动的动力学模型。采用模糊逻辑系统逼近系统非线性不确定性,结合自适应滑模控制方法设计一类自适应模糊滑模航迹跟踪控制器,并通过Lyapunov稳定性理论证明系统的稳定性。通过仿真实验验证控制算法的有效性。然后,考虑实际作业过程中植保液质量变化的问题,建立含有时变负载的动力学模型。将系统非线性不确定性和虚拟控制器导数的范数上界放缩为一个未知正常数和未知光滑函数的乘积,并设计自适应律估计未知参数。结合估计值和反步控制方法设计一类结构简单的自适应反步航迹跟踪控制器,并证明该控制器能够保证系统的状态量有界,同时也进行了仿真实验验证。最后,针对在时变负载、系统时滞非线性不确定性和外部扰动情况下,四旋翼植保无人机发生执行器损伤故障的容错航迹跟踪控制问题,建立含有执行器故障的动力学模型,并提出一类自适应反步容错航迹跟踪控制算法。将时滞非线性不确定性范数上界放缩为线性形式与非线性形式的组合,结合Razumikhin定理进行稳定性分析证明,并通过仿真实验验证所提出的控制算法具有良好的抗干扰能力和容错跟踪能力。