四旋翼无人机在军事和民用领域得到了广泛的应用。然而,四旋翼无人机是一个非线性、欠驱动、强耦合的系统,而且在实际飞行过程中还会受到不确定的紊流风场干扰,这些因素均给无人机控制器的设计工作带来了巨大的挑战。本文主要针对风场扰动下四旋翼无人机的路径跟踪控制问题展开研究,主要研究内容如下:首先,研究了四旋翼无人机在风场环境下的动力学模型。根据空气动力学对紊流风场下的四旋翼无人机的受力进行分析,然后根据牛顿-欧拉方程推导出紊流风场下四旋翼无人机的动力学模型。其次,研究了风场环境下四旋翼无人机的路径跟踪控制算法。四旋翼无人机控制采用双闭环控制结构,即外环位置控制与内环姿态控制。位置环和姿态环均采用基于扩展状态观测器的模型预测控制(ESO-MPC)方法。对于姿态控制,采用反馈线性化方法将姿态非线性模型线性化,然后设计模型预测控制器实现姿态跟踪,并设计扩展状态观测器以补偿风场扰动和四旋翼无人机未建模部分。仿真结果表明该方法的有效性。最后,研究了风扰和测量噪声影响下的四旋翼无人机路径跟踪控制算法。为了消除测量噪声对四旋翼无人机路径跟踪控制的不良影响,位置环和姿态环均采用基于卡尔曼滤波的扩展状态向量(ESKF)对模型预测控制器进行前馈补偿,从而实现在测量噪声下对风扰和未建模动力学模型的有效补偿。仿真结果表明该方法的有效性。