最近几年来,无人机作为新兴行业,发展迅猛,应用领域广泛,如电力巡检、灾难救援,物流传输等。其中四旋翼无人机是最为常见的,应用最为广泛的一种。由于四旋翼无人机多用于替代人力在恶劣危险的环境下作业,所以无人机的执行器不可避免的会受到故障影响,会降低工作效率,甚至会有更为严重的后果。为了四旋翼无人机的安全性,各地学者开始纷纷关注无人机的容错控制。本文将以四旋翼无人机作为被控制对象,针对无人机在飞行中会遇见突发故障以及身处时变扰动等问题,对其姿态控制进行研究。本文主要研究内容分为以下几个部分:1、对四旋翼无人机进行动力学分析,利用牛顿欧拉公式建立其运动模型,并且针对无人机执行器部分失效等问题展开分析讨论,把机构失效间接转化为控制输入的损失,将其作为故障因子以乘积的形式加到无人机模型中,建立四旋翼执行器部分失效的数学模型。2、对四旋翼执行器部分失效的数学模型,结合自适应滑模控制理论和Nussbaum增益函数,设计一种基于系统输出约束的自适应控制策略;针对无人机执行器的部分失效以及外界扰动,该策略可有效的补偿故障损失、适应外界时变的扰动。通过严格的数学证明跟踪误差在所设计的临域内,并进行仿真试验,验证控制器在应对突发的时变扰动时,有稳定的跟踪效果。3、针对上述控制策略,跟踪控制有轻微的抖震现象;然后依照这一不足之处,针对外部干扰的抖震加入神经网络函数逼近,同样在基于自适应滑模控制理念,设计新的控制策略。其中,利用径向基函数神经网络贴近无人机所受综合扰动的最大值,自适应策略对实时故障进行在线估计,反推滑模控制有效的减轻了跟踪控制的抖震现象。该控制方法通过Lyapunov严格证明可以保证系统全局稳定,系统状态误差约束于零,达到良好的稳定效果。4、在保障控制效果的基础上,针对自适应反推滑模控制策略,引入一种预设有限时间函数。设计一种有自适应预分配有限时间跟踪控制器,可以达到在执行器突发故障和存在外界扰动的情况下,仍能在预设时间内保障有效的轨迹跟踪。通过MATLAB仿真平台,测试所设计控制器的有效性和鲁棒性。