由于四旋翼飞行器小空间内的机动性能远远好于其他传统飞行器,人们常常将它用在地下、室内、山区等环境中,但这些区域因为卫星信号受到遮挡而无法定位,这就使得四旋翼飞行器的位置跟踪控制显得尤为重要。近几年,得益于机器视觉的发展,基于视觉的定位方法应运而生并受到广泛关注,所以在全球卫星定位系统失效的情况下,基于视觉定位的位置跟踪控制方法也成为解决该问题的方案之一。本文将视觉定位的方法和位置跟踪算法相结合,对四旋翼飞行器的位置跟踪控制进行研究。主要工作如下:首先,对四旋翼飞行器的结构以及飞行原理进行了分析和研究,将四旋翼飞行器假设为刚体并忽略空气阻力等影响因素,依据物理学原理和牛顿-欧拉方程构建出四旋翼飞行器飞行时主要的输入输出的关系,利用机械力学自动分析软件(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems,ADAMS)和数学分析软件MATALAB构建出四旋翼飞行器的联合仿真模型。其次,四旋翼飞行器的位置跟踪控制系统需要准确的定位信息做支撑,定位信息包括姿态角信息和位置信息,其中姿态角信息通过加速度计和角速度传感器采集的信息经过互补滤波融合得到,而位置信息则通过视觉传感器检测得到。再次,在相对精确定位的基础上,对所建立的模型进行解耦分析,设计以姿态环为内环,位置环为外环的位置跟踪控制系统。将姿态PID控制算法和姿态滑模控制算法的控制结果进行比较分析,滑模控制的稳定性高但反应时间较慢;进一步设计出以姿态滑模控制为核心,位置PID控制为外环控制的滑模PID位置跟踪控制算法,通过联合仿真结果可以看出,滑模PID位置跟踪算法的超调量和反应时间优于PID位置跟踪控制算法。最后,为了进一步解决视觉定位存在问题以及改善位置跟踪控制算法的跟踪控制效果,以快速特征点检测算法(Features from Accelerated Segment Test,FAST)为基本再结合旋转不变性特征点检测算法(Scale Invariant Feature Transform,SIFT)进行融合改进,进一步使用改进的去噪特征匹配算法进行位置跟踪。将改进后的视觉匹配算法计算得到的速度信息补偿给所设计的滑模PID位置跟踪控制器使达到目标位置的时速度更快的为0。通过仿真实验验证,带速度补偿的滑模PID位置跟踪控制算法的反应时间更快,抗干扰能力更强。