四旋翼无人机因具有成本低、自由度多、灵活性强、能垂直起降等特点,在军事领域、民用领域都具有广泛的应用前景,颇受学者重视。由于四旋翼无人机的欠驱动、强耦合性、非线性、抗干扰能力差等缺陷,导致了很难对其进行建立精确的数学建模和稳定的飞行控制,因此四旋翼无人机建模方法和控制算法就成为研究的难点和重点。本文结合国内外研究现状,在前人成果的基础上展开以下研究工作:首先,从四旋翼无人机的构成部件和飞行控制模式两个方面阐述了四旋翼无人机的飞行原理,选用地面坐标系作为参考坐标系,推导出机体坐标系到地面坐标系之间的坐标转换矩阵,根据动力学知识建立了无人机的动力学模型。再利用准LPV法将无人机的非线性模型转换为线性模型,便于下文的研究。其次,提出了分数阶PD控制器与自抗扰中的线性扩张状态观测器相结合的控制策略,利用分数阶PD控制规律取代线性自抗扰控制器中线性控制规律,构成了新型的控制器“分数阶PD自抗扰控制器”。最后,利用分数阶自抗扰控制器对无人机的四种飞行姿态(高度、横滚、翻滚、偏航)进行控制和软件仿真。通过动态响应和抗干扰能力的对比实验,验证了相对于传统PID控制器、分数阶控制器以及自抗扰控制器,分数阶自抗扰控制器具有调节速度快、参数选择范围大、设计灵活度以及自抗扰控制器的实时反馈补偿、稳定性好、抑制干扰能力强的优点,极大的提高了无人机姿态控制系统的性能,同时也验证了该控制策略有效性和优越性。