四旋翼无人飞行器重量较轻、结构简单、机动灵活、安全性强,具有显著的军用和民用价值,如地面战场的实时侦察和监视、重大自然灾害之后的搜救、环境监测与航空拍摄等。四旋翼无人飞行器是一种碟形旋翼飞行器,具有非线性、多变量、强耦合、不确定、外扰敏感等特点,在实际飞行中会受到多种物理效应的作用和外部环境的干扰,是飞行器控制范畴内的难点。完成四旋翼无人飞行器稳定飞行控制,需要对其控制器设计开展相关研究。考虑四旋翼飞行器的模型建立,本文采用牛顿-欧拉公式和拉格朗日-欧拉方程分别进行推导,并根据其姿态线性模型以及非线性模型设计控制器,主要工作如下:(1)介绍四旋翼飞行器的飞行原理并进行受力分析,对系统的非线性模型进行推导。(2)基于适当简化后的四旋翼系统模型,分别利用线性二次最优控制(Linear Quadratic Regulator,LQR)和反步法(Backstepping),设计姿态控制器,并通过数值仿真和实验进行验证。(3)基于四旋翼系统的非线性姿态模型,将姿态模型中的未建模动态和外部扰动视作系统总扰动,利用自抗扰控制技术(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)设计姿态控制器。仿真和实验结果表明,自抗扰姿态控制器能够实现姿态角之间的解耦,并有一定的抗干扰作用。利用Lyapunov方法分析自抗扰姿态控制器中扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)的收敛性,并证明闭环系统的稳定性。(4)针对四旋翼无人飞行器的非线性模型,提出一种鲁棒控制策略。控制结构内环采用一种非线性2H/H?混合控制算法,在考虑系统参数不确定性和输出通道持续噪声干扰的情况下,实现姿态角和姿态角速度的稳定控制。控制结构外环采用线性自抗扰控制器,将欧拉角视作时变参数,实现四旋翼无人飞行器位置的稳定跟踪控制。仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的跟踪效果,并具有较强的鲁棒性。