多旋翼飞行器以其机械结构简单、成本低、操控灵活、等优点广泛应用于航拍、空中测绘、电力巡线、空中侦察领域，逐渐成为微型无人机中的研究热点。但是多旋翼无人机是一种高阶、非线性、强耦合的欠驱系统，控制技术是该领域一个重要的研究方向。本文以四旋翼飞行器为对象，做了如下研究工作：　　首先，本文从四旋翼无人机的结构出发，分析了其运动特性和控制原理。建立了“电机-桨”系统准确详细的数学模型，建模中考虑电机电感、电阻、桨的固定阻力矩、阻尼、风阻，转子陀螺效应，通过实验测算出了相关参数。　　根据牛顿欧拉公式，推导了线运动方程和角运动方程。针对现有公式的局限性，首次提出计算航向角运动的准确公式并根据该公式首次推导出了多旋翼无人机未做简化的完整角运动方程。结合“电机-桨”系统动力学方程和机体动力学方程，建立了完整的描述从电机电压到机体姿态角再到机体线运动的微分方程。　　其次，分析了三种无人机姿态传感器测量角度的原理及各自在测量姿态数据时的优缺点，根据各传感器特点设计了合理、高效的互补滤波器用于得到校正后的旋转矩阵以及姿态角，推导出了校正之后的角速度信息。　　根据无陀螺捷联惯导测姿思想，创新地提出二十四加速度计测量方案，推导了每个加速度的测量公式。根据该公式推导了角加速度信息和角速度信息，这是多旋翼无人机领域中首次通过测量方法得到角加速度信息，试验结果表明相对于传统微分方案本方案得到的数据具有更低的噪声和更小的相位延迟。　　然后，介绍了自抗扰控制器（ADRC）各个模块，设计了基于ADRC的姿态控制器，针对多旋翼首次推导出了ADRC中关键参数（控制增益）的数学公式，详细解释了控制器中各参数的物理意义。使用Matlab M文件编写仿真程序，仿真结果显示，基于 ADRC的无人机姿态控制具有响应快速、无超调、无稳态误差的特点，表明设计的控制器具有良好的控制效果。分析了滑模变结构控制器（SMC）的原理以及常见抑制抖振方法的优缺点，采用边界层法设计了基于SMC的姿态控制器。仿真结果表明，系统响应迅速，超调量小，满足控制要求。　　最后，根据控制要求精心挑选了传感器，设计了控制器的硬件电路图，完成了制版、焊接、调试工作。编写了各传感器的底层驱动并一一完成了芯片的调试工作。设计了软件流程图并据此编写了基于SMC的无人机姿态控制算法，静态和动态实验结果表明控制器各模块运行良好，系统响应快速，超调量小，达到了对无人机的增稳控制，这些优点使得该控制器可广泛用于各类多旋翼无人机中。