四旋翼无人机作为多旋翼无人机的一种,其良好的机动性和灵活性,使得它应用到人们日常生活的方方面面,同时也成为学术界研究的热点。四旋翼无人机飞行控制系统属于欠驱动、强耦合、非线性、多输入多输出系统,易受外界干扰的影响,因此如何建立准确的动力学模型、在工作点位置信息与姿态角的精确测量、设计高效稳定的控制器都成为研究的难点。本文在总结前人工作的基础上,提出基于内模原理的降阶控制算法,旨在设计出合理的控制方法,当存在不可测量的外部扰动信号时,针对四旋翼飞行器的线性化模型实现程序控制系统零静差跟踪。首先,预备知识模块,深刻分析四旋翼无人机国内外研究现状,引入内模原理、状态观测器和风力与风速关系等预备知识。分析四旋翼无人机的机械结构和飞行原理,确定动力学模型,推导出实现零静差跟踪的条件,并系统的阐述降维观测器原理。其次,对于控制器的设计模块,利用内模原理,把程序控制系统的给定信号和扰动信号的动力学模型植入控制器来构成高精度复合校正。若外扰状态量可直接测量时,状态反馈控制律简单且能达到控制目标,但是测量设备常常无法直接获得外扰状态,从而需要采用状态观测器。再次,状态观测器模块,利用状态观测器的估计值代替传感器的测量值,简化检测环节;设计降维观测器,简化校正环节,减少系统积分次数,从而减少传感器的使用个数。对高阶给定信号进行线性插值,设计一阶观测器,简化控制律,使得观测器响应无超调量,加快系统响应速度。本文在设计控制器时分为前馈控制和反馈控制,对外部信号直接进行前馈控制,对未知的外部信号和系统状态量实行状态观测反馈控制,从而保证控制器效果的同时还能扩大控制方法的应用范围。最后,性能指标优化模块,在实现对非恒指给定信号的理想跟踪的基础上,建立线性二次型性能指标,优化控制暂态过程,并对设计的控制器进行MATLAB仿真。