四旋翼飞行器作为多旋翼机的一类,它凭借机动性强、平稳性高、操作简单、可垂直起飞和着陆等优势,在军用和民用领域备受喜爱。四旋翼飞行器是拥有6自由度4控制量的强耦合、欠驱动、非线性控制系统,保证其稳定飞行对各方面的技术都有很高的要求,其中对四旋翼飞行姿态的控制方法设计是整个飞控系统中最重要的一部分。因此,针对机体姿态控制算法的研究对四旋翼能够快速发展有着非常重要的意义。本文经过对四旋翼运动学及动力学特点的分析,根据牛顿-欧拉方程建立其姿态数学模型。并将控制系统分为两个回路:姿态角及高度通道为内回路,平面通道x和y为外回路。分别对三种不同的控制算法进行仿真研究,使用MATLAB软件下的Simulink建模工具建立整个控制系统的仿真模型,通过仿真实验对比其性能。首先,研究了以反步法为基础的控制器设计,结果表明在控制器的稳定性、响应速度、精确度及抗扰动能力等方面都有待提高。然后,研究了反步自适应姿态控制算法,即在反步法的基础上对控制系统添加相应的自适应律,将两种姿态控制算法相融合。结果证明改进后的反步自适应算法在响应速度、稳定性及精确度等方面都有所提高,具备了一定的自适应能力。最后,研究了反步自适应PID组合控制算法,将反步自适应算法与经典PID控制方法相结合。不同于方案二的算法融合,这种结合是不同控制器的结合使用。即使用PID控制算法设计外回路控制器,采用反步自适应控制算法设计内回路控制器。仿真结果证明反步自适应PID控制算法有着非常好的控制性能,较之于以上两种控制算法,它在系统的稳定性、响应速度及抗扰动能力等方面都有了很大提高,精确度更高。从而有效的验证了这一组合控制算法的可行性及有效性。