四旋翼无人机是结构最简单的一类旋翼型无人机,因其具有垂直起降、简单易操作、可在狭小空间作业等优势,在军事侦查、警用防暴、农林业考察、大众娱乐等等诸多场景得到广泛应用,这对其自主性、快速性、安全性、精确性的需求越来越迫切,要求也越来越苛刻。因为四旋翼无人机具有欠驱动性、强耦合性的特点,而且其很容易受到外界干扰的影响,所以在对其进行控制器设计时存在着一定的困难。在一般任务中,可以将四旋翼无人机的自主飞行划分为两个主要阶段:自主巡迹阶段和自主着陆阶段。前者要求其能够按照参考轨迹进行飞行,后者则对其安全性具有较高需求。因此,研究四旋翼无人机轨迹跟踪与自主着陆控制具有非常重要的实际意义,本文主要针对下面几个内容展开研究:在分析四旋翼无人机的结构和飞行机理的基础上,选取合适的地面坐标系和机体坐标系,建立包含平移与旋转运动的6自由度动力学模型。通过设计虚拟控制量的方法处理动力学模型,解决了欠驱动强耦合问题,为全文各章节打下基础。针对四旋翼无人机的轨迹跟踪控制问题,主要考虑两方面的内容。一方面,考虑四旋翼无人机线速度不可直接测量的实际约束,基于有限时间理论,提出了一种有限时间观测器实现对线速度的高精度估计,进一步地,提出了位置环与姿态环有限时间控制算法。另一方面,考虑到其在飞行过程容易受到阵风等影响,采用干扰观测器估计风场造成的影响,提出了一种考虑2D风场干扰的自适应控制算法,保证四旋翼无人机在2D风场下安全飞行并具有较高跟踪精度。针对四旋翼无人机的自主着陆控制问题,根据障碍地形是否预先已知分两种情况进行考虑。考虑障碍信息预先已知的定点着陆问题,利用四旋翼无人机位置与障碍位置构造高斯形式势函数,设计了自主避障着陆控制器。进一步地,为克服高斯形式势函数在描述障碍方面的不足,采用圆柱形势函数进行改进,利用势函数梯度构建滑动模态,设计了一种自主避障着陆滑模控制算法。考虑障碍信息未知的在固定点或者移动平台上着陆问题,为获取着陆过程中的障碍信息,设计了一种测距传感器安装方式,通过该安装方式可以获得着陆过程的障碍方位角与相对距离。利用相对距离构造圆柱形势函数,设计了基于相对测距信息的势函数自主避障着陆控制方法。进一步地,为解决势函数的“死锁”问题,采用阻抗控制思想,设计了基于阻抗控制的自主避障着陆控制方法。论文中针对提出的所有控制器都设计了数值仿真实验,检验其有效性。