近二三十年来,无人机在民用和军事领域发挥着越来越多的作用,如情报侦察、物资运输、农林植保等。随着集成芯片、人工智能、信息与通信等技术的发展,无人机的发展朝着更加自主化、智能化、集群化的方向发展。多无人机协同控制技术因潜在的军用和商用价值而成为各国争相研究的热点,其中多无人机协同系统的安全性和可靠性至关重要。因此,多无人机协同系统故障诊断和容错控制技术的研究受到学者的极大关注,但同时通信网络和结构的复杂性,给诊断和容错技术的实现带来挑战。本文基于分布式观测器方法,研究了多无人机协同系统的故障诊断和容错控制技术,搭建了半物理仿真实验平台,验证了所提方法的有效性。首先,阐述课题的研究背景和意义,并对多无人机协同系统的故障诊断与容错控制技术的国内外研究现状进行了综述。然后,使用图论的方法对多无人机协同系统中无人机之间的通信关系建模,同时建立了无人机飞行控制系统的非线性模型和线性模型。其次,为解决故障导数和扰动上界需要已知的问题,针对含有扰动和传感器故障的多无人机协同系统,提出了一种基于分布式奇异观测器的故障估计算法,利用矩阵变换将无人机控制系统转换为奇异系统,并设计分布式奇异观测器进行故障估计,满足全局误差系统稳定性,且通过仿真验证了算法的有效性。然后,考虑到多无人机协同系统的可靠性和安全性,需要整个系统具有容错能力。为此,提出了一种基于分布式故障估计观测器的多无人机系统主动容错控制方法,完成了全局跟踪误差系统的稳定性证明,给出多无人机协同系统实现协同容错一致性的充分条件。仿真对比分析了无容错控制算法和有主动容错控制算法时传感器故障对单机和整体系统的影响,证明了所设计的容错控制算法的有效性。最后,为验证本文所设计算法的工程实用性,搭建多无人机系统容错控制半物理仿真实验平台,设计了执行器故障、传感器故障、通信故障的注入方法,并设计多无人机协同系统的通信拓扑网络具体工程实现方式。通过插值增益调度PID容错实验验证了执行器故障注入下容错控制方法的有效性,并使用一架四旋翼无人机和两辆地面无人机进行多无人机故障诊断和容错控制半物理仿真实验,验证了四旋翼无人机传感器故障情况下所设计的基于分布式观测器的多无人机协同系统容错控制方法的适用性。