随着微电子应用技术、传感器技术和现代控制技术的不断发展,基于飞行器的产品开发已成为应用行业研究重点,其中以四旋翼飞行器的研究最为广泛。在各领域应用范围中,四旋翼飞行器可根据控制原理灵活的调整姿态和速度信息,适用于庆典航拍、监视侦察、物资运输、信号搜救等应用任务。由于空中气流环境的不确定性,保障四旋翼飞行器稳定运行是目前行业研究热点,本文完整设计了四旋翼飞行器的结构控制系统,并对其姿态控制方法进行了适应性研究。首先,对建模常用坐标系体系进行定义与说明,并运用牛顿—欧拉方程,对四旋翼无人机进行建模分析,为后续章节的四旋翼无人机控制器设计提供了基础。基于前述建立的四旋翼飞行器模型,推导适用于控制系统设计的状态空间方程,然后利用经典PID控制理论,对其进行飞行控制系统设计。根据四旋翼总体框架中的控制系统,研究PID算法。为进一步提高姿态控制精度及抗扰能力,本文提出了滑模控制方案,设计了传统的滑模控制器,并再此基础上开展了非奇异固定时间收敛滑模面方法研究,使得系统状态在滑模面上运动时能够在固定时间内到达原点。随后设计了非奇异固定时间收敛滑模控制器,使得系统状态能够在固定时间内到达滑模面。最后采用Lyapunov稳定性判据给出了控制系统稳定性证明。建设性的提出了四旋翼飞行器的总体结构设计方案,对其功能进行了模块化分析和阐述。以此为基础,本文设计了四旋翼飞行器的硬件平台,以总分的逻辑顺序,解析了硬件平台的总体组合构成形态。通过飞行数据的系统测试,验证了本文设计的四旋翼飞行器控制系统的正确性,具有较高的工程实践价值。