信息化发展的今天,四旋翼无人机凭借易操作、携带方便和可垂直起飞等便捷性的优点,占据了绝大部分的无人机市场份额。四旋翼无人机对比其它品种的无人机具有压倒性的优势,固定翼无人机不能定点悬停和垂直起飞;单旋翼直升机虽然可以垂直起飞,但是它的尾桨结构让它的操作难度飙升,机械结构较为复杂,难以建立精确的数学模型。目前四旋翼无人机的飞行控制问题成为近几年间的热门问题,其中对控制算法的选择和硬件软件系统的设计是完成四旋翼无人机飞控系统的关键。本文基于自抗扰控制算法,分析四旋翼无人机的数学模型,完成自抗扰控制器和串级自抗扰控制器的设计,进行悬停控制仿真并自主搭建四旋翼无人机平台,验证两个控制器的性能。本文主要工作如下:1、搭建四旋翼无人机的数学模型,阐述了四旋翼无人机的飞行原理和四旋翼无人机的模型。先介绍了欧拉角表示法和四元数表示法,再推导出四元数法转换成欧拉角法的转换公式,之后基于四元数-欧拉方程以及牛顿运动学方程建立四旋翼无人机的数学模型。本文先采用自抗扰控制算法设计自抗扰控制器,进行悬停控制;然后,基于四旋翼无人机系统具有非线性、强耦合的特点,把系统解耦为两个环路,即姿态内环和位置外环,设计串级自抗扰控制器进行悬停控制;最后,在MATLAB/Simulink环境,完成对以上两种控制器的四旋翼无人机系统的仿真实验,验证了控制器设计的有效性。2、搭建四旋翼无人机硬件平台并且设计了控制软件。硬件平台包括主控模块、姿态传感器模块、气压传感器模块、光流传感器模块、电机驱动模块和电源模块等设计;完成PCB图的设计,并最终制作出实物。控制软件设计主要包括,基于串级自抗扰控制算法的位置控制和姿态控制的设计与实现。3、进行真机试飞实验。在搭建的四旋翼无人机硬件平台上,分别完成了采用自抗扰和串级自抗扰控制的四旋翼无人机悬停控制的抗扰实验,验证所设计控制器的性能。试飞实验结果表明,应用串级自抗扰控制器的四旋翼无人机悬停控制更稳定,能快速响应,对于外界的扰动有较强的抵制能力。