四旋翼无人机相对于传统的固定翼无人机,具有结构简单、垂直起降、定点悬停、低空低速飞行等优点,具有重要的军用和民用价值,近几年迅速成为研究热点。由于四旋翼无人机是一种强耦合的欠驱动系统,使得对其建立精确的动力学模型和对姿态、位置的控制都变得十分复杂,而对四旋翼无人机进行精确的运动控制,是其在各个领域中得到应用的基础。飞行控制器只有拥有优异的控制效果,才能满足四旋翼无人机在各个领域的应用需求。本文针对四旋翼无人机,主要研究以下内容:首先以四旋翼无人机实验平台为基础,对其动力学特性和飞行控制原理进行分析,利用牛顿-欧拉方程,在添加必要的约束条件下,分析实验平台各个组件的物理结构和受力情况,经过理论推导,建立其动力学模型,并进行合理的简化,方便后续控制器的设计。其次针对四旋翼无人机的动力学模型,将四旋翼无人机系统分解成六个子系统,并表示成满足严格反馈的形式,利用Backstepping方法,从低阶到高阶,依次构造Lyapunov函数和虚拟控制变量,使低阶系统满足Lyapunov稳定性理论,最终得到实际的控制率。然后通过分析四旋翼无人机姿态控制和位置控制的特点,对Backstepping控制器进行改进结合设计一种复合控制器。姿态子回路采用一种结合Backstepping方法和滑模变结构控制理论设计的反步滑模控制器,兼具Backstepping控制器的快速响应和滑模控制器的强抗干扰性;位置子回路采用自适应Backstepping控制器,使得位置控制更为准确平滑。最后将两种控制器进行实现,加载到实验平台,分别针对高度、姿态角和悬停控制进行实验,将二者的控制曲线进行对比,结果表明复合控制器具有更优的控制效果。