四轴飞行器以新颖的结构、较高的性能与机动灵活的特点被广泛应用于军事和民事领域,同时具有广阔商业前景。它是一个典型的非线性系统,不仅有欠驱动、强耦合的特点,而且还有复杂的空气动力学特性,具有很高的科研价值,成为目前许多专家和学者关注的研究对象。本文以控制算法为核心,针对模型不确定性和外界干扰的问题进行研究,以滑模控制理论为基础,依据滑模控制对系统内部参数变化和未知干扰不敏感的特点,提出了具有快速收敛能力的非奇异终端滑模(NTSM,non-singular terminal sliding mode)控制方法、多模态滑模控制方法和回馈递推控制方法。主要内容如下:1)介绍了四轴飞行器的飞行原理,依据相关理论分析了其空气动力学特性,并根据Newton-Euler公式和Euler-Lagrange方程建立其动力学模型,同时确立了模型中相关参数的物理意义。2)针对现有NTSM姿态控制方法存在收敛速度慢的问题进行分析,在兼顾非奇异的要求下构造了有误差高次项的滑模面,并且在终端吸引子的设计中增加指数项,设计了具有快速收敛能力的NTSM姿态控制器。由于未使用切换项,避免了抖振,加强了系统的鲁棒性;同时通过理论证明了系统在全局范围内具有快速收敛性和稳定性。3)在滑模控制理论的基础上,采用多模态设计理念,结合线性滑模和NTSM的特点设计了切换型滑模姿态控制律,使得系统状态能够在最优模态下运行,同时保证系统的到达时间和滑动时间都是有限的,实现了全局快速收敛。同时针对外环位置跟踪控制与内环姿态存在严重耦合的问题,位置控制器采用新型回馈递推法设计,简单有效,降低了工程实现难度。4)基于以上控制策略设计了飞行试验方法,通过元器件选型搭建了飞行试验平台,并经过反复调试参数进行了姿态稳定控制试验。