本课题以四旋翼飞行器为对象,围绕其姿态控制、最优轨迹生成以及跟踪控制器设计展开研究,搭建了飞行控制实验平台,研究了自抗扰技术在姿态控制算法,微分平坦理论在最优轨迹生成及跟踪控制器设计中的运用,并进行了相关实验,主要研究内容包括以下四个方面:首先,分别介绍了不同的空间飞行器姿态描述方法,研究了不同坐标系之间的转换关系,根据运动学和动力学方程推导了四旋翼飞行器的非线性数学模型。然后,研究了自抗扰控制技术在四旋翼飞行器姿态控制中的解耦控制方法。分别研究了微分跟踪器、扩张状态观测器、非线性反馈控制律,设计了虚拟控制量,三个通道形成了解耦控制器,并进行仿真实验。其次,研究了微分平坦理论在四旋翼飞行器最优轨迹生成中的应用,提出了基于微分平坦理论的轨迹规划算法。通过对欧拉-拉格朗日模型进行坐标变换,引入虚拟控制量,得到了更为简约的系统动态模型,证明了系统的平坦属性,同时避免了控制奇点。通过利用平坦属性和反馈线性化,设计了轨迹跟踪控制器,能够驱动四旋翼飞飞行器快速跟踪生成的参考轨迹。参考轨迹可以通过解含有约束的最优问题得到。同时,对跟踪控制器和参考轨迹的生成进行了仿真。最后,按照飞行控制模块、航姿检测模块、动力模块和通信模块的顺序进行了硬件系统的搭建,分析了各个模块的功能和选型依据。同时,对四旋翼飞行器的硬件和整体系统的最后调试,完成试验平台的搭建工作。进行了悬停试验和遥控试验,通过分析采集的飞行数据,验证了试验平台的可行性和控制算法的有效性。