四旋翼飞行器是一种物理结构简单、体积小、价格低廉、机动灵活、能够垂直起降的多旋翼直升机。相对于固定翼无人机而言,四旋翼飞行器对起飞和着陆的条件要求低,更适合在复杂的环境中执行任务。同时,四旋翼飞行器是一个4控制输入,6状态输出的强耦合、多变量、非线性的欠驱动系统,并且易受空气气流、系统未建模部分、模型参数变化等不确定性因素以及重力和陀螺效应等多种物理效应的影响,导致飞行不稳定。因此,选择一种针对外部干扰具有强鲁棒性的控制算法是十分重要的。本文针对四旋翼飞行器位置和姿态的控制问题进行了研究。首先对四旋翼飞行器的研究背景意义以及相关控制技术的研究现状等进行了概括综述,然后建立了四旋翼飞行器的动力学模型,对控制系统进行了仿真和飞行实验,验证了所提出的控制算法的有效性。本文的主要研究内容如下:1、四旋翼飞行器动力学模型的建立:分析了四旋翼飞行器的结构和飞行原理,采用欧拉-拉格朗日方程法建立了四旋翼飞行器的动力学模型,最后得出了四旋翼飞行器的平动方程和转动方程。2、基于Super-Twisting滑模算法的四旋翼飞行器控制器的设计:将四旋翼飞行器的动力学方程分成全驱动子系统和欠驱动子系统,对于全驱动子系统,采用Super-Twisting滑模算法来控制,对于欠驱动子系统,采用新型的全局滑模控制算法解决欠驱动问题,最后仿真结果表明该控制算法能够实现对四旋翼飞行器位置和姿态的有效跟踪。3、基于改进的Super-Twisting算法的控制器的设计:根据四旋翼飞行器的动力学模型的特点,采用分环控制的结构形式,将控制系统分为内外环,采用改进的Super-Twisting算法进行位置和姿态的控制,仿真结果表明,该控制算法对位置和姿态的控制效果优于Super-Twisting滑模控制器。4、基于自适应双层Super-Twisting算法的控制器的设计:针对四旋翼飞行器的动力学模型,采用自适应双层Super-Twisting算法进行双闭环控制器的设计,利用最小二乘法解决四旋翼飞行器平动中的欠驱动问题,自适应双层Super-Twisting策略可以实时更新Super-Twisting中的两个增益,从而实现了系统干扰的实时估计,仿真结果证明了该控制策略的鲁棒性和有效性。5、对四旋翼飞行器进行了硬件和软件设计,并将自适应双层Super-Twisting算法应用在实际的四旋翼中进行了飞行实验,验证了控制算法的有效性。