四旋翼无人机因其性能卓越,价格低廉,且能代替人完成许多危险的,不方便完成的任务,引起国内外许多专家学者的关注。但四旋翼无人机坠毁、炸机现象普遍发生,四旋翼无人机飞行控制系统的不稳定性依然有待深入研究。本文首先对其四旋翼无人机进行受力分析并建立数学模型,针对四旋翼无人机非线性、强耦合、不确定的特点,从串级PID控制器入手,检验了串级PID应用于四旋翼无人机上的控制性能,实验发现在姿态角和高度控制两个方面,串级PID都有很大的超调量且稳定时间较长,在四旋翼无人机飞行控制稳定方面效果不好。且在实际飞行过程中,四旋翼无人机参数和外部环境经常会发生变化,无人机受到的内部干扰和外部干扰太多,一旦受到干扰影响了无人机稳定的飞行状态,串级PID就需要重新整定参数来实时适应外界环境,所以控制效果较差。分析串级PID控制在四旋翼无人机稳定控制上的不足,选择了能较大程度上弥补PID控制器缺点的自抗扰控制器。自抗扰控制器中的扩张状态观测器用来估计系统内外的各种误差干扰,将不确定、非线性的干扰确定化、线性化。相当于PID中的积分作用,但比简单的积分更系统、准确;微分跟踪器是为了使控制器可在不产生超调的前提下,改变比例系数减少调节时间;非线性状态误差反馈用非线性的方法将扩张状态观测器与微分跟踪器用非线性的方法组合起来。两个控制器设计完成之后,将两个控制器在四旋翼无人机姿态和高度控制效果上进行对比,可以看出自抗扰控制器在四旋翼无人机稳定控制上效果较好。在完成四旋翼无人机控制算法的设计后,自主设计并搭建了四旋翼无人机飞行控制系统的硬件实物平台,选择得出的控制效果较好的自抗扰控制算法进行实际飞行实验,四旋翼无人机可以平稳飞行。仿真实验和实际实验的结果都验证了自抗扰控制系统的稳定性。