四旋翼无人机具有垂直起降、机动性强、结构简单、经济性好等诸多优势,近年来被广泛应用于工农业生产和安防等领域,同时对四旋翼无人机的性能提出了更高的要求。本文研究四旋翼无人机仅装备单目像机和IMU传感器件条件下,采用像机固定于四旋旋翼无人机体的视觉伺服方案。四旋翼动力学特性使其控制器设计困难,且视觉伺服过程中存在缺乏图像深度信息以及图像解耦问题,这些使得基于四旋翼的视觉伺服控制系统面临着诸多挑战。首先,建立了参考坐标系和机体坐标系,并给出了两个坐标系的转换关系。分析了四旋翼动力学特点与飞行原理,基于牛顿-欧拉法建立包含未知扰动的四旋翼动力学模型飞行原理。基于透视投影法建立单目像机成像模型,推导了三维空间点与成像平面点的映射矩阵,并以此反推出目标深度信息以及单应性矩阵。建立惯性坐标系,定义目标、像机和四旋翼无人机之间位置与姿态关系,构建目标、像机和四旋翼一体化动力学模型。为简化控制器设计在成像平面忽略与运动控制无关的四旋翼横滚角和俯仰角,仅保留与运动控制相关的偏航角,此时图像平面称为虚拟图像平面。在虚拟像平面上全域目标的深度信息保持一致,仅需要控制图像特征大小和偏航姿态即可。在虚拟像平面上实现图像运动解耦,通过动力学扩展补偿横滚角和俯仰角,减弱对四旋翼控制精度的影响。基于虚拟图像动力学将四旋翼控制器解耦为内外双环串联控制,设计滑模变节控制器跟踪姿态信息。仿真结果表明本文提出的V-IBVS方法较IBVS,图像特征收敛性与空间收敛性法明显提高,增大了伺服区域改善了IBVS局部收敛特性。考虑到实际运行中会存在各种不确定因素对系统的扰动,基于四旋翼扰动动力学模型与V-IBVS框架提出了KS-IBVSA方法。选取图像矩作为控制特征并推导了其控制率,采用卡尔曼滤波器对图像雅克比矩阵进行在线辨识,以改善系统未标定带来的影响,基于李雅普诺夫稳定性原理设计观器和滑模控制器。不确定系统的视觉伺服仿真跟踪实验,图像误差与空间误差收敛性较好,抗干扰能力增强,证明了该控制策略的有效性欲鲁棒性。