迅速发展的科学技术改变人类社会,快递的空中投送,航拍的流行,飞行器驾驶等逐渐渗入人们日常生活。儿时假期所放的风筝,也逐渐消失,取而代之的是遥感飞行器。飞行器由于其机动性好,适应力强,结构简单,造价低等优点被广泛用于军事战争和民用生活。微电机技术,能源存储技术、控制技术的迅速发展以及民用飞行器市场的日益扩大,掀起了国内外研究热潮。本文就四旋翼飞行器的控制系统进行了研究,设计了四旋翼飞行器的串级PD姿态控制系统,自抗扰姿态控制系统,改进型自抗扰姿态控制系统与PD位置控制系统。本文对四旋翼飞行器的发展历史、机体结构、飞行原理、控制系统研究情况进行了简述,结合经典力学,空气动力学等相关知识,根据牛顿欧拉方程对四旋翼飞行器建立了动力学模型。同时考虑到四旋翼飞行器在空中飞行时易受到紊流风场的影响,根据Dryden模型对紊流风场的描述,建立紊流风场模型。分析了紊流风场中四旋翼飞行器受力情况。在MATLAB/Simulink里搭建了四旋翼飞行器的动力学模型和紊流风场模型。考虑系统具有非线性、强耦合、欠驱动、模型参数与内部参数不确定、易受外界干扰等特性,设计了基于串级PD控制的飞行器姿态控制系统。在simulink上进行仿真验证,根据仿真结果分析了串级PD的控制性能与在紊流风场作用下的控制性能。由串级PD控制性能的优缺点引出自抗扰控制器,分析四旋翼飞行器的自抗扰控制系统结构,在此基础上设计了飞行器离散型自抗扰姿态控制系统,进行仿真。自抗扰获得较好的控制性能,并与串级PD控制系统进行对比分析,仿真结论:自抗扰控制器具有更快的调节时间;控制系统没有超调量;以及在紊流风场作用,自抗扰控制器可以获得更好的抗风性能。考虑飞行器易受到较大干扰,为了获得更好的控制性能,提高自抗扰控制器的状态量的跟踪性能以及控制器抗干扰能力,对自抗扰控制器进行改进。先对自抗扰控制器采用fal函数的特性进行了分析,再对自抗扰控制中的fal函数进行改进,得到更优的newfal函数。采用newfal函数设计自抗扰控制器,并对扩张状态观测器的稳定性进行分析。采用改进型自抗扰控制器对飞行器的控制系统进行仿真,同时设计了四旋翼飞行器的位置控制。仿真结论:改进的自抗扰控制器的扩张状态观测器的状态量跟随效果比原自抗扰跟随效果更优,调节时间更短,在遇到较大干扰时,对干扰的估计更精确,抗干扰能力更强。