自21世纪以来,全球范围内的经济科技得到了迅速发展。四旋翼飞行器凭借着其小巧灵活、易于操控等优点,在军事和民用领域中得到了广泛应用。然而,四旋翼飞行器是一个多变量、强耦合的欠驱动非线性系统,且工作环境复杂多变。因此,针对不同工况条件,对飞行器系统的有限时间轨迹跟踪控制问题展开研究,具有非常大的理论意义和实际应用价值。本课题结合了微分跟踪器、自适应、神经网络、有限时间观测器以及预设性能等算法,针对四旋翼飞行器在实际工作过程中存在着外界扰动和模型不确定性的问题,分别考虑在1)输入受限,2)速度不可测和执行器故障,3)要求高瞬态性能和速度不可测,三种不同工况下飞行器的控制问题,分别设计了有限时间控制器。首先,针对四旋翼飞行器在某些特殊工况下存在外界扰动、模型不确定和输入受限的问题,提出了一种自适应神经网络微分跟踪器终端滑模控制方法。该方法利用自适应算法去估计位置环所受到的外界扰动,利用神经网络逼近姿态环的模型不确定性和外界扰动,并引入辅助方程解决系统控制输入受限的影响,结合微分跟踪器解决对虚拟控制律求导产生“微分膨胀”的问题。同时设计非奇异快速终端滑面,实现了系统跟踪误差在有限时间内收敛到零附近。其次,针对四旋翼飞行器在某些特殊工况下存在外界扰动、模型不确定性、速度不可测和执行器故障的问题,提出了一种有限时间自适应容错控制方法。该方法利用有限时间观测器来估计系统不可测的状态量、模型不确定部分和外界扰动,并引入微分跟踪器来解决对虚拟控制律求导产生的“微分爆炸”的问题,结合自适应算法去补偿执行器故障所产生的不利影响,实现了系统跟踪误差在有限时间内收敛至零。然后,针对四旋翼飞行器在某些特殊工况下存在外界扰动、模型不确定性、速度不可测的问题,同时综合考虑了系统的瞬态性能和稳态性能,提出了一种带有预设性能的快速终端滑模控制方法。该方法通过设计有限时间观测器来获得系统不可测的状态量,并估测了系统的模型不确定部分和外界扰动。同时设计微分跟踪器用于解决对虚拟控制量直接求导所导致的“微分爆炸”问题,引入预设性能函数保证系统的各项性能满足预设的性能指标,实现了系统跟踪误差在有限时间内收敛至零。最后,本文借助Matlab仿真平台分别对三种控制方法进行仿真验证。仿真结果表明,所设计的控制算法能够保证四旋翼飞行器在上述三种特殊工况下仍能稳定工作,实现精准轨迹跟踪,同时还具有较高的鲁棒性。