四旋翼飞行器以其结构简单、飞行稳定、易于操控和可实现垂直起降与自由悬停等特点,在侦查与营救、科学数据采集、地质与林业数据勘探以及视频监控等方面均存在广泛的应用前景。然而,四旋翼飞行器控制系统存在的多变量、非线性和强耦合、欠驱动、参数不确定等特点,使得常规控制方法在非悬停状态下难以取得满意的控制效果。因此,对四旋翼飞行器的飞行控制方法研究对四旋翼的发展具有重大的意义。论文以四旋翼飞行器为研究对象,详细地分析了四旋翼飞行器的机理建模过程,分别给出了飞行器的电机模型、位置运动模型、姿态运动模型和四旋翼飞行器系统的数学模型,并通过SIMULINK对得出的四旋翼模型进行了仿真。然后对四旋翼飞行器的控制过程进行了分析,针对四旋翼系统的线性化模型,设计了经典的PID控制器。针对四旋翼状态不同时,经典PID控制器无法有效的解决扰动问题和姿态耦合性问题。将神经网络与经典PID控制器联系起来,分别设计了神经网络单变量自适应控制系统和神经网络多变量自适应控制系统,并分别对三种控制器进行了俯仰和偏航的仿真研究,对结果进行了对比分析。仿真结果表明,神经网络单变量自适应控制系统能比经典PID控制器更好的适应环境的变化;而神经网络多变量自适应控制系统能更出色的完成姿态的解耦功能。最后,论文具体给出了四旋翼飞行器验证平台搭建的软硬件设计过程,并进行了室外飞行试验。