由于四旋翼无人机具有垂直起降、低成本制造、单飞或协同飞行等特点,越来越受到工业界和学术界的关注。当前,无人机的飞行控制技术研究大多聚集在姿态控制与自主轨迹跟踪,较少研究运动目标跟踪的工程应用。因此,本文以四旋翼无人机为研究对象,在有约束(风扰、保持固定距离、障碍物等)情况下,对运动目标跟踪和避障控制两方面进行了飞行控制的理论研究和技术实现。论文的主要内容如下:首先,分析了四旋翼无人机的工作原理之后,建立了四旋翼无人机的数学模型,将四旋翼无人机的控制系统分为位置控制系统和姿态控制系统并分析两者之间的联系,分析目标的运动特性并结合四旋翼的模型建立运动目标跟踪的数学模型,把四旋翼在跟踪系统中受到的力和力矩作为控制器的控制输入,提升了目标跟踪的控制性能。其次,针对四旋翼无人机运动目标跟踪问题,提出了一种新型的用于欠驱动四旋翼无人机渐近跟踪控制方法。引入一种将人工势场与无源控制相结合的方法(APF&PC)用于位置系统,实现了对目标保持固定距离的高精度跟踪。在姿态系统采用了改进的超螺旋滑模(STSM)控制方法,以确保飞机的姿态收敛到期望值。分别基于无源方法和李雅普诺夫方法证明了两个子系统的稳定性。仿真结果表明所提出的控制方法对对外部干扰具有很好的抑制作用,并且能够达到保持固定距离跟踪运动目标的效果。再者,针对在实际应用中四旋翼无人机运动目标跟踪过程存在空域障碍物的问题,设计了一种具有避障功能的目标跟踪控制器。在原先研究的人工势场中加入避障函数并与滑模控制(SMC)相结合,实现了在运动目标跟踪过程中的避障方案。采用径向基神经网络(RBF)算法对姿态系统进行控制。用李雅普诺夫方法证明了两个子系统的稳定性。最后,仿真表明所提控制方法具有更快的收敛速度并且在高效完成固定距离目标跟踪任务的前提下进行有效避障。