旋翼无人机以其灵活性高、适应性广以及造价成本低等优点在众多行业领域得到了广泛应用,同时特殊的应用环境也使得旋翼无人机受到的外界干扰等影响因素越来越复杂多样。本文以提高四旋翼的抗干扰性能作为研究目的,分别从姿态解算和姿态控制两方面进行了理论研究和实际应用测试,主要研究内容如下:首先,设计了一种能够补偿陀螺仪偏差的快速扩展Kalman姿态解算方法。无人机姿态的快速准确估计是进行姿态控制的重要前提。为了克服传感器测量噪声和漂移的影响,同时提高姿态解算速度,本文利用陀螺仪、加速度计和磁力计设计了一种基于四元数的快速扩展Kalman姿态解算方法。实际测试表明该方法能够提供稳定可靠的四旋翼姿态信息。然后,考虑到四旋翼无人机的姿态控制是其稳定飞行的关键,本文依次基于自抗扰控制、增量控制、自适应滑模控制进行了四旋翼姿态的抗干扰控制研究。自抗扰控制的核心是利用扩张状态观测器对总干扰进行估计补偿。由于四旋翼姿态模型的内部耦合是已知的,因此本文同时利用已知模型和扩张状态观测器干扰估计值进行控制量补偿,设计了串级结构的四旋翼姿态自抗扰控制器,并在仿真环境下进行了验证分析。增量控制是一种基于测量的控制方法,通过利用系统状态微分量和控制量的反馈以实现对未知干扰的抑制。本文分别利用增量非线性动态逆和增量反步法设计了四旋翼姿态控制器,并在理论上进行了稳定性证明,仿真验证了增量型控制方案抵抗外界干扰的有效性。当机体角加速度无法直接测量时,本文利用扩张状态观测器实现对四旋翼机体角加速度的估计,因此能够扩展增量控制的应用范围。自适应滑模控制是一种能够自适应滑模控制增益的变结构控制方法,具有对未知干扰鲁棒性强和减小控制量抖振的特点。本文基于一种新型双层自适应律,分别设计了四旋翼姿态的自适应滑模控制、自适应滑模观测器控制和增量自适应滑模控制三种控制方案。仿真结果表明增量自适应滑模控制能够有效减小滑模控制增益的抖振,同时能够克服外界干扰和执行机构故障等因素的影响。四旋翼姿态增量自适应滑模控制的实际测试表明该控制方法可以提高四旋翼姿态控制的抗干扰能力,且具有四旋翼姿态控制的实际应用能力。最后,本文对上述研究内容和研究意义进行了总结。通过将上述常用先进控制方法做适当修改并应用于四旋翼无人机姿态控制,为该控制算法在实际旋翼无人机控制应用提供了指导意义,并且实际飞行测试表明该增量控制策略能够在旋翼无人机控制领域进行广泛应用。