四旋翼无人机具有机体小巧、运行成本低、操作简便、机动性强,并且能够适应恶劣外部环境等诸多优势,已被广泛应用于电力巡检、高空航拍、灾后救援、森林防火、军事侦察等民用和军用领域。四旋翼无人机的优势和潜力使其得到了许多国家的关注,在如何设计合理可行的先进控制方案以实现期望的控制目标方面开展了大量工作,但对于复杂动态开放环境下的具有复杂未知动特性的四旋翼无人机姿态控制还有许多有待解决的问题。本文针对存在建模不确定性、未知时变扰动以及未知执行器故障等诸多复杂未知情况的四旋翼无人机,研究了强鲁棒性、快响应速度和高控制精度等高性能姿态跟踪控制问题。本文的主要研究内容如下:（1）基于经典四旋翼无人机动力学模型,考虑未知执行器故障和不确定时变扰动情况下四旋翼无人机的姿态控制问题。首先,基于时变PD控制思想,构建出针对四旋翼无人机的自适应姿态控制策略,实现四旋翼无人机姿态角的渐进跟踪控制。进一步基于李雅普诺夫稳定性理论,给出系统稳定的严格理论证明以及稳定性分析过程,最后利用MATLAB仿真平台对所提出的控制算法进行仿真验证与分析;（2）研究了四旋翼无人机的有限时间姿态控制问题。在经典四旋翼无人机动力学模型基础上,设计出了基于快速非奇异终端滑模的有限时间姿态控制器,实现了对四旋翼无人机姿态角的跟踪控制,其中跟踪误差可以在有限时间内实现收敛。给出了四旋翼无人机姿态角有限时间稳定的严格理论证明,并进一步利用MATLAB仿真软件对控制算法的可行性进行了验证;（3）研究了存在建模不确定性和未知时变干扰情况下四旋翼无人机的有限时间姿态控制问题。基于终端滑模思想以及性能保障控制机制,设计出了确保稳态与瞬态性能的有限时间控制策略,在所提出的控制策略下使得四旋翼无人机姿态角在有限时间内实现跟踪,同时确保姿态角跟踪误差的稳态与瞬态性能。