微小型四旋翼无人机飞行方式多样、结构简易、机动灵活,能够进行航拍、植保、工业巡检、无人侦察等多种任务,是一种在各领域应用广泛的飞行器。微小型四旋翼无人机执行飞行任务依赖于轨迹规划,且自身具有欠驱动、强耦合、非线性的特点,因此合理的轨迹规划方法及可靠的飞控算法,对提高其智能化程度和飞行的稳定性具有重要意义。本文重点对微小型四旋翼的轨迹规划和跟踪进行分析和研究。主要工作如下:首先,详细分析了微小型四旋翼无人机飞行原理;引入了用于描述无人机空间位姿状态的导航系和机体系,并用欧拉角法推导了两个坐标系的转换关系;基于牛顿和欧拉方程推导出了四旋翼的动力学模型。其次,阐述了动态运动基元理论(DMPs)的原理,引入运动学习框架,将此方法应用于微小型四旋翼轨迹规划;对给定的运动样本进行学习提取运动基元,进而将学习结果推广到新的飞行目标点,泛化出运动轨迹;当新飞行任务路径上有障碍物时,设计耦合因子进行避障轨迹规划;仿真结果表明基于DMPs的四旋翼轨迹规划是可行的。再次,运用反步法为四旋翼无人机设计轨迹跟踪控制器,包括水平欠驱动通道控制器设计和高度航向直接驱动通道控制器设计;通过定点悬停,指定圆弧、长方形轨迹和基于DMPs规划轨迹给无人机进行跟踪的仿真,验证了四旋翼在所设计控制下能够稳定跟踪给定轨迹。最后,针对微小型四旋翼无人机飞行中状态估计问题,给出了陀螺仪加速度计和磁强计的校正方法、加速计的低通滤波方法,四旋翼姿态估计运用互补滤波法,高度估计运用卡尔曼滤波算法,并分别通过实验验证了所用方法的有效性。