四旋翼无人机具有垂直起降、定点悬停、易于控制等优点,近年来在军事和民用领域得到了巨大的发展和推广。然而,四旋翼无人机作为一个多变量、强耦合、欠驱动的非线性系统,在飞行过程中容易受到外界环境的干扰,为了确保控制系统的稳定性以及可靠性,且能准确快速地完成既定任务,对四旋翼无人机的控制器设计进行研究具有重要意义。本文分别设计位置控制器和姿态控制器,并针对控制器的参数选择问题进行研究,主要内容包含以下几个方面:对四旋翼无人机的工作原理进行分析,建立其非线性数学模型,并进行合理的简化。根据建立的四旋翼无人机动力学方程,分别设计PD位置控制器和自抗扰姿态控制器。对扩张状态观测器进行研究,在韩京清教授给出的参数经验公式基础上,加入无时延巴特沃兹滤波器,并证明系统的稳定性。搭建模型进行仿真实验,验证所设计控制器的正确性。考虑到自抗扰控制器参数繁多且人工整定困难的问题,将优化算法与其相结合,并对得到的优化结果进行分析比较。为解决粒子群算法中惯性权重选择单一的问题,提高粒子多样性,加快寻优速度,引入自适应机制,动态修改惯性权重。仿真结果表明,经过自适应粒子群算法优化后的控制器超调更小,调节时间更短。最后搭建样机进行调试,利用搭建的动作捕捉系统Vicon,进行轨迹跟踪和定点悬停实验,验证自抗扰控制器的工程可实现性与控制效果。加入风力干扰,设计一组室内飞行对比实验,进一步验证控制器的抗干扰能力及鲁棒性能。