四旋翼无人机是一种多旋翼式垂直起降机VTOL(Vertical Take Off and Landing),与传统的旋翼机相比较,它具有灵活性强、结构简单、成本低廉等优点,在军事、民用以及科研教育等领域都有着广泛的应用。四旋翼飞行器是一种六自由度、四输入的欠驱动系统,具有非线性、强耦合、多变量的动力性特性,吸引了大量国内外的学者投入到其研究中。本文主要针对四旋翼飞行器的非线性建模和飞行控制问题进行了学习研究,主要研究内容及研究成果如下：首先,对四旋翼飞行器国内外研究现状、应用领域、关键技术及发展前景进行了详细地描述。其次,介绍了四旋翼的飞行原理,建立了描述四旋翼飞行器飞行的机体坐标和地面坐标系,并给出两坐标转换矩阵。在一系列合理假设的基础上,根据牛顿-欧拉方程,建立了四旋翼飞行器的动力学方程。对次要影响因素忽略以简化模型。引入四个控制量,将四旋翼飞行器的控制分解为可分别控制的四个通道,以方便设计控制器。再次,针对四旋翼飞行器简化模型的特点,将飞行器分为姿态和位置两个回路进行控制设计。姿态子系统独立于位移子系统,首先对姿态子系统的控制进行了研究。分别使用PID控制算法,基于Backstepping的PID控制算法及基于Backstepping的滑模控制算法对姿态子系统进行控制设计。并在Matlab的Simulink中进行仿真,以检验控制算法的有效性。最后,设计整体系统的控制器,将姿态和位移控制器结合起来,设计成内外环的形式,四输入分别为期望的三个位移信号和偏航角信号,三个位移信号作为位移控制器的输入,位移控制器的输出经过转换作为姿态控制器的输入,采用PID、基于Backstepping的PID控制和基于Backstepping的滑模控制将整体在Simulink中进行仿真。