四旋翼无人机是一种新型的可垂直起降的旋翼无人机,它通过改变四个对称分布的旋翼转速来调整位置与姿态,具有灵活度高、机动性强、结构简单等多种优点。因此,它被广泛应用于军事、民用和科学研究等多个领域中。四旋翼无人机的模型中含有质量、转动惯量的改变以及外部扰动等不确定性,它是通过四个控制输入来控制六个自由度的典型欠驱动系统,同时也是一个多变量、强耦合的非线性系统。这给其控制研究增加了很大的难度,使之成为当今世界上众多研究领域的热点之一。本文的主要任务是在分析四旋翼无人机动态特性的基础上,采用自抗扰滑模控制和基于微分平坦的线性自抗扰控制技术,使不确定情况下欠驱动四旋翼无人机保持快速稳定的飞行状态,实现位置与姿态的定点悬停与期望轨迹跟踪。主要内容如下:首先,针对四旋翼无人机的高度与姿态全驱动通道对模型参数不确定性和外部干扰敏感的问题,本文设计了自抗扰滑模控制器。基本的思想是:设计线性扩张状态观测器估计“总扰动”,然后引入滑模面与指数趋近律以产生控制信号,并对总扰动进行实时地补偿。其次,针对四旋翼无人机水平位置通道的欠驱动问题,本文利用微分平坦理论,找到了水平位置通道的模拟控制量,并设计了线性自抗扰控制器。再次,本文研究了线性扩张状态观测器的估计能力,并利用李雅普诺夫稳定性理论证明了自抗扰滑模控制器的李雅普诺夫意义下稳定以及线性自抗扰控制器跟踪误差的有界输入有界输出稳定。最终,通过一系列的仿真,证明了所设计的控制器在欠驱动四旋翼无人机存在不确定情况下能实现定点悬停及期望的轨迹跟踪,动态响应好、鲁棒性及抗扰性强。