四旋翼飞行器是小型无人机中非常重要的新生成员,由于其低成本、高性能的优势,得到越来越多的科研人员的青睐。然而在实际的军用以及民用领域中,由于四旋翼飞行器是一种典型的非线性、强耦合系统,在飞行过程中容易受到时变的空气阻力和四个旋翼高速旋转产生的抖振影响,同时还会受到执行器饱和时对飞行质量的影响,所以四旋翼飞行器控制器的设计存在很大难度,且具有重要的研究意义。本文针对四旋翼飞行器存在模型内部参数不确定、外部扰动影响以及执行器饱和问题,对系统姿态航迹跟踪控制进行研究,通过将非线性滑模控制与自适应算法、干扰观测器相结合,设计了四旋翼自适应控制器、鲁棒控制器以及抗饱和控制器。主要研究内容如下:（1）对四旋翼飞行器的发展阶段进行梳理,总结了四旋翼飞行器目前广泛应用的控制算法,再对四旋翼飞行器的机身机构与飞行原理进行分析,通过牛顿定律与欧拉角变换公式建立四旋翼飞行器数学模型。（2）针对四旋翼飞行器的内外环系统,考虑模型中的扰动影响,将自适应算法与非奇异终端滑模控制相结合,通过设计自适应律增加了滑动模态的收敛速度,从而对系统的干扰进行有效估计补偿,保证了无人机能在有限时间内达到稳定姿态航迹跟踪控制。最后通过MATLAB软件对四旋翼飞行器系统进行仿真实验,得到了预期效果。（3）针对四旋翼飞行器的姿态航迹系统,考虑无人机执行器饱和时的影响,引入了饱和约束函数,通过设计二阶辅助系统,将有限时间干扰观测器与非奇异终端滑模控制相结合,设计了饱和控制器,依据李雅普诺夫稳定性理论,保证了系统可以在有限时间内达到稳定。最后通过MATLAB软件的实验结果证实了本章设计的抗饱和控制器可以有效解决四旋翼飞行器的输入受限问题。（4）针对四旋翼飞行器受到的外界不匹配扰动影响,设计了一种基于高阶有限时间干扰观测器的积分终端滑模控制器,实现四旋翼飞行器的有限时间姿态航迹跟踪控制。最后通过MATLAB软件证实了算法的有效性。本文针对四旋翼飞行器系统,考虑不同外界因素的影响,结合多种控制算法,完成了三种不同控制器的设计,并均实现了有限时间稳定姿态航迹跟踪控制。