四旋翼无人机凭借其硬件结构简单、价格成本低廉等多种优势,被越来越多地应用于军事侦查、地理测绘、物流配送以及抢险救灾等领域,俨然成为无人机领域里最有发展潜力和最具市场前景的项目。由于四旋翼无人机具有三个位置坐标、三个机体姿态角和四个控制量,是有着六个自由度和四个控制输入的欠驱动系统,所以四旋翼无人机控制系统有非线性、多变量、强耦合等复杂特性。为了解决四旋翼无人机复杂的控制特性所产生的对外部飞行环境干扰敏感的问题,首先对四旋翼无人机的主要硬件模块进行分析和选型,搭建出四旋翼无人机硬件试验平台;然后对四旋翼无人机的基本结构、飞行原理和控制过程进行了深入的分析,并以空气动力学原理为理论基础对四旋翼无人机进行了较为精确的动力学数学建模;设计了位置控制子系统外环、姿态控制子系统内环的整体为双闭环系统控制结构,并分别采用了传统经典PID算法、模糊自适应PID算法以及基于Integral Backstepping(积分反步法)这三种算法设计出三种不同的控制器;最后将三种不同算法的控制器应用到Matlab实验环境下设计出三种完整的四旋翼无人机控制器仿真模型,对三种控制器分别进行了飞行轨迹跟踪实验、自主悬停实验、抗脉冲扰动实验和模拟抗阵风持续扰动实验,并根据实验的结果对三种控制器进行了稳定性的对比分析。为了进一步验证仿真实验的结论,对四旋翼无人机进行了五米高度悬停飞行试验。通过对仿真实验和飞行试验的数据进行综合对比分析后可以得出结论,三种控制器均能使四旋翼无人机实现基本的飞行控制要求,但在控制精度、调节时间、抗干扰性能以及稳定性上,模糊自适应PID控制器优于传统PID控制器,基于Integral Backstepping法所设计的控制器优于模糊自适应PID控制器。硬件飞行试验的结果和仿真实验的结果一致,进一步验证了仿真实验的结论。