随着我国能源产业的发展,以无人机巡检为代表的新型巡检技术逐渐得到了应用。巡检无人机以无人机为平台,搭载图像采集、数据传输等设备,用来辅助甚至代替传统的油气管道、电力线路巡检工作。目前主流巡检无人机以四旋翼无人机为主,原因在于其具有结构简单、机动性强、操作方便、作业高效等优点。特别是它作为经典的旋翼无人机结构,制作和维护成本较为低廉,具有广阔的市场前景和应用价值。正因为它简单的结构,所以与其他多旋翼无人机相比稳定性能较为逊色。尤其在遇到比较常见的旋翼组件故障时,无法保持稳定的飞行姿态,极易发生坠机事件,在巡检过程中很可能带来严重的次生灾害。相比四旋翼,六旋翼由于多出两个旋翼,具备了实施容错控制的硬件冗余条件,若搭配上先进的容错算法,在稳定性、安全性上将具有很大的优势,更加适合巡检行业的安全需求,所以本文将以六旋翼为平台进行飞控设计和容错算法设计。本文首先对课题背景进行介绍,阐述了目前在油气管道巡检中无人机的应用背景、研究意义与发展趋势。分析了市场上主流巡检无人机存在的问题。然后概述国内外无人机以及容错控制的研究与发展情况,并对现有的研究方法进行总结。针对目前巡检无人机存在的多发故障以及容错问题提出解决方案,并说明主要研究内容。然后对六旋翼无人机飞行原理进行介绍,根据无人机所需功能设计电路原理图并进行布板、布线与元器件焊接完成飞控板制作。在此基础上,进行软件编程完成飞行控制系统并进行系统调试,获得满意的控制效果。随后针对六旋翼无人机的X型结构在系统正常情况下和旋翼故障情况下进行系统建模,通过机架参数计算机体转动惯量,通过实验测量确定电压转速关系,对于无法直接测量的升力系数与扭矩系数进行系统辨识,获得最终巡检无人机精确模型。在此基础上,进行仿真实验,获得了良好的实验结果。最后对于无人机亟待提高的安全性和可靠性问题,针对控制系统进行分层设计,减少了设计的难度。上层设计基于滑模变结构方法,充分发挥它的抗干扰能力。并针对滑模的抖振问题和引入饱和函数导致的渐近稳定性恶化问题,提出了一种新型的动态饱和函数加以优化。下层针对控制分配要高度重构虚拟控制量的目标,摒弃了控制精度不高的伪逆法,结合粒子群算法来实施控制分配。并且为了达到更好的容错控制性能,对粒子群算法的位置和速度更新策略做了优化,使算法能避免陷入局部最优,从而找到全局最优解。并将该优化算法结合控制分配问题,针对无人机多发的执行机构故障,进行了容错控制。最终通过实验证明,该方案提高了整个巡检无人机系统的容错能力和可靠性,达到了预期的设计目标。