四旋翼无人机由于成本相对低、尺寸小巧以及垂直起降等诸多优点已在各个行业内应用普及。但是,四旋翼无人机是一个复杂的自不稳定系统,伴随欠驱动、非线性以及姿态耦合等模型特性。此外,四旋翼无人机在执行任务时常受到难以估计的环境扰动的影响,这些都会对四旋翼无人机实现姿态、位置和协同的跟踪控制产生负面作用。本文以抗扰观测器的一种——扩张状态观测器为基础,对以下几个方面分别进行了探索:首先,针对姿态控制系统出现的不确定项和扰动,设计一种时变增益的规定时间扩张状态观测器,来估计其总扰动。规定时间扩张状态观测器的收敛时间是固定的,并作为一项参数设定。时变参数会随着时间的推移而增加,这种在收敛过程中小增益的控制方法有效缓解峰值现象。此外,一种终端滑模控制器用来跟踪期望姿态角,这种控制器可以减轻传统滑模控制器的抖振现象。横滚、俯仰和偏航方向的仿真验证所提姿态控制策略的有效性。进一步,为了提高扰动影响下的控制精度和响应速度,设计了一种双闭环有限时间的四旋翼无人机高度控制方法。该方法将四旋翼无人机高度方向的动态模型分为内环高度速度环和外环高度环。针对内环速度环,设计一种有限时间扩张状态观测器估计外部扰动,并在超螺旋控制器中补偿。针对外环高度环,构建一种积分滑模控制器生成期望速度值。控制方法的可行性和稳定性都由合适的Lyapunov函数保证。阶跃和周期信号的数值仿真验证双闭环有限时间的四旋翼无人机高度控制方法的有效性。最后,提出了一种主从式领导者和跟随者的协同控制策略,解决扰动下的多四旋翼协同控制问题。该控制策略构建了一个协同子系统和一个位置子系统。设计一种非线性扩张状态观测器估计协同子系统的外部扰动,并补偿在非线性反馈控制器中。在位置子系统中,设计一种自适应滑模控制器来保证多四旋翼无人机的位置跟踪。仿真和实验验证了所提出控制策略的适用性和有效性。