近年来四旋翼飞行器的应用范围在不断的扩大,为人们的生活带来了很多的便利。由于四旋翼飞行器的线运动和角运动存在特殊的耦合关系,使得四旋翼飞行器的姿态一旦发生变化就会直接影响其位置的改变,因此为了使四旋翼飞行器能够稳定的飞行,对四旋翼飞行器的姿态研究是非常重要的。本文是对四旋翼飞行器姿态控制进行研究的。首先由牛顿欧拉定理建立四旋翼飞行器的动力学数学模型,通过对四旋翼飞行器的动力学数学模型解耦,建立简化的数学模型,这一部分主要着重于四旋翼飞行器是否能达到给定的角度值和高度值的控制效果。然后用拉普拉斯变换得到各姿态角的传递函数,通过两种控制器设计进行比较分析。而后通过粒子群算法优化这两种控制器的参数。本文研究的主要内容包括以下几个方面:(1)将四旋翼飞行器看作刚体,以地面坐标系为准建立四旋翼飞行器的机体坐标系,然后再根据牛顿欧拉定理建立四旋翼飞行器动力学数学模型,根据假设的条件,简化其数学模型。(2)对四旋翼飞行器动力学数学模型解耦,设计PID控制器,并加入干扰性,验证所设计控制器的鲁棒性。(3)结合分数阶微积分理论,设计了分数阶PID控制器,并将该控制器的控制结果与PID控制器的控制结果进行比较分析。由于分数阶PID控制器结合了分数阶微积分理论,在控制性能方面优于PID控制器。(4)由于PID控制器和分数阶PID控制器的参数在实际应用中都比较难调整,本文采用粒子群算法(PSO)优化PID控制器和分数阶PID控制器的参数。由于PSO算法在早期易陷局部最优或早熟的现象,基于这一点,在PSO算法的基础上引入压缩因子,构建新的PSO算法,简称NL_CFPSO算法。仿真结果验证NL_CFPSO算法在全局最优和控制性能上对四旋翼飞行器的姿态控制效果都有明显的改善。