飞行吊挂运输具备运动灵活、可垂直升降和定点悬停、对地面环境要求低、无需考虑负载外形等优势,在军用、民用领域均有广泛应用。近年来,随着四旋翼飞行器技术的发展,四旋翼飞行器吊挂负载的控制问题逐渐成为了研究热点。但由于四旋翼吊挂飞行具有多自由度、强耦合、欠驱动的复杂特性,相比单体控制的难度增大。本文针对四旋翼飞行器吊挂飞行系统的负载摆动抑制和轨迹跟踪精确控制的问题,结合积分型反步法、自适应控制算法、干扰观测器以及扩张状态观测器等理论方法,设计了带吊挂负载的四旋翼飞行器飞行系统抗干扰的非线性控制策略,通过理论推导、系统稳定性验证和仿真实验结果分析,验证所提出带吊挂负载的四旋翼飞行器飞行系统在进行轨迹跟踪时,控制方法的有效性。本文主要研究内容有:首先,建立了基于动力学的单体四旋翼飞行器数学模型,在此基础上通过分析飞行器和吊挂负载间的受力情况,建立了四旋翼飞行器吊挂飞行系统的数学模型,根据四旋翼吊挂飞行模型特性设计了控制系统结构。其次,针对飞行过程中吊挂负载摆动影响飞行器稳定性的问题,设计了吊挂负载摆角控制器,同时考虑系统受慢时变干扰影响的情况,研究了一种基于自适应积分型反步法减小吊挂负载摆动的非线性轨迹跟踪控制方法,仿真实验结果表明该方法能有效减小系统受到的恒值干扰,摆角控制器能快速减小吊挂负载的摆动,提升了系统的抗干扰能力。然后,针对吊挂负载作业时负载部分受复合干扰产生摆动的问题,利用干扰观测器对吊挂负载所受干扰进行估计和补偿,设计了基于干扰观测器和积分型反步法的四旋翼吊挂系统轨迹跟踪控制方法,仿真实验结果表明该方法能有效减少吊挂负载在复杂干扰下的摆动,提升吊挂负载的抗干扰能力。最后,考虑系统存在未知复杂扰动和模型参数不确定以及在复杂工况下速度信息不可知的情况,基于扩张状态观测器设计了一种吊挂负载摆动抑制的非线性轨迹跟踪控制方法。仿真结果验证了未知干扰下基于扩张状态观测器的四旋翼吊挂飞行非线性控制方法能实现速度信息的准确估计、四旋翼吊挂系统轨迹跟踪的精确控制和飞行过程中吊挂负载摆动的快速抑制。