四旋翼飞行器由于小巧灵便、价格低廉、可垂直起降和悬停等优点,广泛应用在军用和民用领域。然而,四旋翼飞行器是一种欠驱动、强耦合、多变量、非线性的复杂系统,并且易受各种干扰因素影响,包括动力学模型参数不确定、外部因素干扰和测量噪声等。为使四旋翼飞行器在各种环境中都能达到稳定飞行,必须提高四旋翼飞行器飞行控制系统的抗干扰控制性能。本文以四旋翼飞行器为研究对象,以提高其飞行的稳定性和抗干扰性为目的,分析四旋翼飞行器的动力学模型,依据干扰的特点设计干扰观测器,选择反步控制和模型参考自适应控制方法实现对四旋翼飞行器的稳定控制。研究的内容主要包括以下几个方面:1、基于干扰观测器的四旋翼飞行器反步控制。首先建立了多种干扰影响下的四旋翼飞行器动力学模型,然后针对外界气流干扰的慢时变特性,设计了四旋翼飞行器6个通道的干扰观测器。在此基础上设计四旋翼飞行器的反步控制器,将干扰观测器估计到的干扰估计值补偿到反步控制器端,产生控制量,实现对干扰的抑制,提高控制器的抗干扰性能。利用Lyapunov稳定性理论证明闭环系统渐近稳定。并通过MATLAB/simulink仿真实验验证了所提算法的有效性。2、基于模型参考自适应的四旋翼飞行器反步控制。将四旋翼飞行器的飞行控制系统分解为水平位置控制子系统与高度和姿态控制子系统,并将高度和姿态子系统的动力学模型线性化,分别给两个子系统设计反步控制器。针对影响高度和姿态的外界气流干扰和负载干扰,在高度和姿态控制子系统应用模型参考自适应控制,提高该子系统控制器的抗干扰性能,实现四旋翼飞行器的稳定飞行。利用Lyapunov稳定性理论证明闭环系统渐近稳定。仿真结果证实该算法对负载干扰具有较强的自适应能力。3、基于干扰观测器的四旋翼飞行器反步自适应位置稳定控制。在基于模型参考自适应的四旋翼飞行器反步控制器的基础上,针对影响水平位置稳定的干扰,在水平位置控制子系统加入干扰观测器,将干扰观测器估计到的干扰估计值补偿到反步控制器端,产生控制量,实现水平位置控制子系统对干扰的抑制。由于水平位置是由姿态角间接控制,因此当四旋翼飞行器受到干扰时水平位置的稳定是通过不断调节姿态角实现的。所以在分别给两个子系统设计反步控制器的基础上,不但在水平位置控制子系统加入干扰观测器提高抗干扰性能,而且在高度和姿态控制子系统运用模型参考自适应控制,最终使四旋翼飞行器位置的稳定性得到双重保障,保证四旋翼飞行器对指令信号的稳定平滑跟踪。最后利用Lyapunov稳定性理论证明闭环系统渐近稳定。并通过MATLAB/simulink仿真实验验证了所提算法能够有效抑制干扰。