由于四旋翼无人机具有体积小、机械结构简单、飞行灵活和可以悬停等特点,近年来受到很大关注。无人机在飞行过程中,传感器、执行器有可能会出现故障,为了保证无人机在发生故障后仍然能够稳定飞行,容错控制技术成为重要的研究方向之一。相比于单架无人机,多无人机协同控制系统能够更高效地完成复杂任务,具有更强的鲁棒性和容错性,所以成为现今研究热点。本文针对四旋翼无人机系统强耦合、非线性以及欠驱动系统的特点,分别建立了单机和多无人机协同系统的数学模型,重点研究了执行器部分失效故障的容错控制问题以及多无人机协同系统的编队队形保持问题,为此设计了单机容错控制器和协同控制器。首先,分析四旋翼无人机的飞行原理,建立其数学模型。其次,针对四旋翼无人机出现执行器部分失效故障,设计了非奇异快速终端滑模容错控制器,利用李雅普诺夫函数进行稳定性证明,仿真结果验证了四旋翼无人机在出现故障后能够在有限时间内收敛到稳态。然后,在通讯拓扑结构固定条件下,对多无人机进行通讯分层,针对多无人机协同控制系统设计了基于Leader-Follower方法的协同控制器,预先设定Leader的期望轨迹,然后通过协同控制器计算出每架无人机的期望轨迹,通过机载非奇异快速终端滑模控制器保证每架无人机有限时间内跟踪上期望轨迹,从而保证编队队形的稳定,通过仿真实验验证了本方法的有效性。最后,针对执行重复性任务以及具有通讯拓扑结构可变的多无人机协同控制系统设计了双层控制器,利用图论构建多无人机之间的信息拓扑,由一个虚拟领航者无人机产生参考轨迹,多无人机系统中的每架无人机都与参考轨迹保持一定的距离。在上层协同控制中,基于迭代学习思想设计多无人机协同控制器,以此来保持编队队形并且为下层单机产生期望轨迹。在下层单机控制中,通过机载比例-微分控制器保证每架无人机都可以跟踪上期望轨迹。通过对六架无人机组成的协同系统进行仿真,验证了所提出方法的控制性能。