四旋翼无人飞行器以其轻巧灵活,控制方便且成本低等特点,在民用和军用领域的应用在逐渐增长,并得到人们越来越广泛的关注。其中轨迹跟踪控制是四旋翼无人飞行器飞行的基础,也是其控制的关键技术之一。为了提高四旋翼无人飞行器跟踪期望轨迹的精度,实现更精确的飞行跟踪控制,本文设计了一种基于积分型反步法的非线性轨迹跟踪控制器并进行了实际飞行实验的验证;为了提高轨迹跟踪控制器的抗干扰能力,设计了一种基于自适应积分型反步法的非线性轨迹跟踪控制器,并进行了仿真实验验证。首先,对四旋翼无人飞行器的执行机构和六自由度动力学模型进行数学建模。在所建立的数学模型的基础上,设计了四旋翼无人飞行器的轨迹跟踪控制系统。该系统将执行机构环节作为一个响应较快的单独回路,把四旋翼受到的力和力矩作为数学模型的控制输入,并根据执行机构的模型,解算出所需要的实际电机控制信号,然后分配给各个电机,相比传统的四旋翼无人飞行器控制系统设计更加贴近工程实际。其次,将四旋翼无人飞行器的轨迹跟踪控制分成姿态控制和位置控制,分别基于积分型反步法设计了相应的控制器,并进行了姿态控制和位置控制的阶跃响应仿真实验,验证所设计控制器相比于传统PID控制器提高了响应性能。在考虑实际飞行中的电机高频振动干扰和传感器噪声的情况下,进行了四旋翼无人飞行器轨迹跟踪控制的仿真实验,仿真结果表明了所设计轨迹跟踪控制器的有效性。然后,针对四旋翼无人飞行器系统模型中存在的不确定性和外界的干扰,在积分型反步法控制器的基础上加入自适应律,进行了轨迹跟踪仿真实验,实验结果验证了所设计控制器对干扰具有较好的估计效果。最后,基于QBall2飞行控制实验平台,进行了基于积分型反步法的轨迹跟踪控制飞行实验,并与传统PID轨迹跟踪控制的实验结果进行比较,实际飞行实验结果表明了本文所设计的控制器相对于传统PID具有更好的跟踪控制效果,为非线性轨迹跟踪控制器的工程应用提供了一种有效的控制方法。