四旋翼飞行器是一种携带动力装置的旋翼式飞行器,相较于固定翼飞行器,四旋翼飞行器具有重量小、机械结构简单、可垂直起飞降落、机动性强和灵活性高等优点,能够用于空中侦察、森林火灾监控、水上运输、农业喷洒、地面测绘以及航拍等领域,具有广泛的应用前景。随着四旋翼飞行器应用领域的不断扩展,对其稳定性能和控制效果的要求也越来越高,因此四旋翼飞行器的飞行控制方法成为了一个研究热点。本文主要围绕四旋翼飞行器在外部扰动、输入饱和、模型不确定、参数不确定和状态不可测等因素影响下的鲁棒抗扰控制问题。论文主要内容如下:(1)分析了四旋翼飞行器六自由度的飞行原理,并根据牛顿定律和欧拉方程建立其非线性动力学的数学模型。(2)对于姿态系统,将耦合项、外部的干扰和模型的不确定看作是姿态系统的总扰动,设计非线性扩张状态观测器对其进行估计,并在控制器中给予补偿;另外,为了避免因期望值突变而形成较大控制量对系统造成的冲击,设计微分跟踪器给给定信号提供一个过渡过程;最后,设计基于非线性扩张状态观测器和跟踪微分器的非奇异快速终端滑模控制器,仿真和实验结果都验证了提出的控制方法的可行性和有效性。(3)设计了一种新型的基于双闭环积分滑模的四旋翼飞行器鲁棒轨迹跟踪控制策略。首先,结合双曲函数设计了一种全局渐近稳定的位置控制器,双曲函数的应用给系统提供了有界的控制输入,同时使控制过程更平滑,提高了跟踪性能。其次,设计基于线性扩张状态观测器的鲁棒双闭环积分滑模姿态控制器,其中线性扩张状态观测器用于对系统总扰动进行实时估计并补偿到控制器,增强了系统的抗扰能力;设计的双闭环控制器不仅能跟踪角度变化而且能跟踪角速度变化,提高了控制精度,增强了姿态的稳定性,而且积分滑模的设计能有效的减小系统静差。仿真和实验结果都验证了提出的控制方法的可行性和有效性。(4)研究了在输入饱和、外部干扰、模型不确定、参数不确定和状态不可测等问题下的四旋翼飞行器的自适应鲁棒抗扰控制。首先,自适应径向基神经网络被用于逼近系统中存在的模型不确定项;其次,对于不可测的系统状态,设计状态观测器,提供实时的状态观测反馈;另外,针对系统中存在的输入饱和问题,设计了一个辅助系统用于补偿饱和;对于外界干扰、参数不确定引入的执行器干扰和神经网络逼近误差,设计非线性干扰观测器对其进行估计,并在控制器中给予补偿;最后,设计基于非线性干扰观测器和自适应神经网络的鲁棒抗扰控制器,并通过Lyapunov稳定理论证明了整个闭环系统的稳定性。仿真结果验证了提出的控制器具有良好的跟踪性能,并且具有较强的鲁棒性和抗扰能力。