作为一种微型无人飞行器,四旋翼无人飞行器有其独特的优势：机械结构简单,机动灵活性强,并且具备自主起飞和着陆能力,能以各种姿态飞行,包括悬停、横滚运动、俯仰运动以及偏航运动。正因为这些优势,四旋翼无人飞行器被广泛应用于军事与民用领域。四旋翼无人飞行器是一个多变量、非线性、强耦合、欠驱动的不确定性系统,飞行控制器设计较为困难。本文的主要任务是设计相应的控制算法以分别实现四旋翼无人飞行器的悬停控制、轨迹跟踪控制和轨迹跟踪自适应控制。本文采用双闭环控制结构,其中外环控制回路由水平位置控制器和高度控制器组成,内环控制回路由姿态控制器组成。首先采用基于Lyapunov稳定性原理的Backstepping方法,设计了悬停控制器,可以使四旋翼无人飞行器准确的到达目标位置,并在该位置保持悬停状态；然后,采用基于积分型的Backstepping方法,设计轨迹跟踪控制器,可以使四旋翼无人飞行器准确跟踪目标轨迹；最后,针对四旋翼飞行器具有不确定性的特点,采用Backstepping方法结合非线性自适应控制进行控制器设计,实现了四旋翼无人飞行器的轨迹跟踪自适应控制,该控制器不仅可以实现精确控制,而且具有抗干扰和环境自适应能力,从而表现出良好的稳定性和很强的鲁棒性。为了验证所提出算法的正确性与有效性,本文利用Matlab/Simmlink工具,分别对三个算法进行仿真试验,并对这三种算法的仿真结果进行了详细的分析与比较。仿真结果表明,本文所提出的算法均能实现各自的控制目标,控制性能得到了保证,从而为四旋翼无人飞行器在实际工程中的应用提供了重要的理论基础。