关于四旋翼无人机的控制研究,一般从位置控制和姿态控制入手。针对四旋翼无人机中存在扰动的情况,本文运用了双闭环的控制策略,采用两种不同的控制方法,分别对无人机的位置和姿态进行控制。由于无人机系统自身的物理限制,输入饱和现象普遍存在于控制系统中,本文在姿态子系统中对输入饱和受限的影响进行分析。在上述独立无人机的控制策略的基础上,顺应当今无人机编队的热点问题,文章进而对多无人机编队做了基于滑模控制的分布式有限时间编队控制研究。并且运用自抗扰控制策略,对系统内部不可建模和外部未知的扰动进行估计并补偿。本文针对基于扰动和系统输入饱和受限情况下的独立无人机系统控制及多无人机有限时间分布式编队研究问题深入研究,主要工作包括:第一、针对输入饱和受限的独立无人机系统,采用双闭环控制策略分别对位置系统和姿态系统进行控制。外环中,设计滑模变结构控制方法,控制并跟踪位置子系统的三个自由度,以实现四旋翼无人机位置子系统的稳定,利用Laypunov稳定性分析证明位置子系统在所提出的滑模控制算法下能够达到一致性稳定。同时,计算出姿态子系统的虚拟姿态角,用于无人机内环姿态子系统的控制研究。最后,通过仿真验证所设计的滑模控制器的有效性。第二、基于外环位置子系统求出的虚拟姿态角,在内环系统中,基于输入饱和受限的情况下,设计自适应跟踪控制方法,控制并跟踪姿态子系统的三个自由度,以实现四旋翼无人机姿态子系统的稳定。并针对姿态子系统中的输入饱和问题,引入辅助设计系统来分析输入约束的影响,并将其状态用于自适应跟踪控制设计。同时,对于内部不可建模和外部未知的干扰,运用自抗扰技术,设计扩展状态观测器(ESO)观测并补偿。最后,通过仿真研究来说明所提出自适应跟踪控制的有效性。第三、针对扰动情况下多无人机系统。首先,文章中基于齐次性的方法设计了分布式滑模面,使得多无人机系统在滑模面上全局渐进稳定。然后,为了能够对系统中存在的有界扰动进行补偿,设计合理的滑模控制器,促使系统状态可以在有限时间内到达滑模面。其次,针对无人机系统中未知且不可建模的扰动,设计合理的扩张状态观测器(ESO)对这样的扰动进行估计并补偿,以提升整体的控制效果。最后,通过MATLAB模拟仿真对文中所提的多无人机设计系统进行验证。