近年来,四旋翼无人飞行器应用领域得到快速扩展,尤其军用和民用方面,被用于执行各种任务,而且,其商业化趋势也正在凸显。本课题主要研究了四旋翼无人飞行器的飞行控制方法,针对现有四旋翼无人飞行器飞行控制存在的问题,提出了不同的控制方法。四旋翼无人飞行器动力学数学模型具有欠驱动、强耦合、非线性特点,导致控制器设计难度加大。为了更好地实现四旋翼无人飞行器位置与姿态跟踪控制,同时,缩短稳定时间以及获得确切的滑模切换面系数,本文将模型分解为全驱动和欠驱动两个子系统。主要研究内容如下:(1)采用一种新型鲁棒最终滑模控制设计全驱动子系统的控制器。该方法能够保证状态变量迅速收敛于它们的期望值,缩短稳定时间,从而该子系统的状态变量成为欠驱动子系统的时间常量,强耦合性问题得到改善;采用一种滑模控制设计欠驱动子系统的控制器,该方法能够保证状态变量在有限时间内收敛于它们的期望值,从而整体上实现四旋翼无人飞行器位置与姿态跟踪控制。此外,仿真实验验证了该控制方法的有效性和鲁棒性。(2)采用一种二阶滑模控制设计全驱动与欠驱动子系统的控制器。考虑到,滑模切换面的系数是非线性的,但现有的大多数研究工作者进行仿真实验时,该系数直接被赋予具体数值,本文运用霍尔维兹稳定条件,最终得到了确切的滑模切换面系数。接着,为了在控制输入饱和条件下对四旋翼无人飞行器进行有效地控制,本文采用了一种基于控制输入饱和的二阶滑模控制方法。此外,仿真实验也验证了该两种控制方法的有效性和鲁棒性。(3)采用最优卡尔曼滤波器算法对两个子系统进行状态估计。考虑到过程白噪声和测量白噪声存在的可能性,本文采用了外推法将动力学模型离散化和线性化处理后,利用最优卡尔曼滤波器来估计状态变量,仿真实验证明该算法削弱了过程白噪声和测量白噪声的干扰。