随着低空领域的开放,多旋翼飞行器作为一种依靠调节直流电机转速直接控制飞行的非传统无人机,因其制作简单、控制灵活,并且能够适应各种复杂的地理环境和气象,在军事和民用领域得到了广泛的应用。其次,作为一个典型的欠驱动(输出多于输入)、强耦合的非线性系统,将其作为科学研究的对象也是极具意义。本文选取以四个旋翼作为输入的旋翼无人机为研究对象,在建立和分析了四旋翼飞行器的数学模型的基础上,针对飞行器的姿态稳定性控制问题,分别采用了线性和非线性的控制方法,设计了三种姿态控制算法,并通过仿真实验进行了验证。本文主要的研究工作如下:1、通过研究四旋翼飞行器的结构以及控制原理,本文采用理论推导建模方法(机理建模方法),根据牛顿第二定律和欧拉方程建立系统的数学模型,且针对飞行器的姿态控制稳定性问题,在相关的假设条件下对模型进行了一定的简化,为姿态控制算法的研究奠定了基础。2、根据四旋翼飞行器的数学模型,采用串级PID控制算法设计了飞行器系统的高度姿态控制器。运用Matlab/simulink搭建了仿真平台,仿真实验结果表明该控制器的有效性。3、针对系统的欠驱动特性和系统动态特性的影响,为了提高飞行器的控制效率和精度,本文采用基于反步法的滑模控制设计了四旋翼飞行器的姿态控制器,且经过仿真实验验证所设计控制器的有效性和可行性。仿真结果表明,滑模控制算法的控制效果优于串级PID控制,具有一定的鲁棒性。4、为了模拟实际的飞行环境,考虑外界诸多的干扰因素,提出了基于自适应反步法的滑模控制,仿真结果表明所设计的控制器具有良好的控制效果,且抗干扰能力强,具有较强的鲁棒性。