四旋翼飞行器具有独特的结构特性,有效平衡了自身桨叶造成的反扭矩,可实现垂直起降、悬停等多种飞行操作,具有高度的灵活性和环境适应性。近年来在军用和民用领域中均得到了广泛应用,相关科研人员也对其进行了全面深入的研究。本文以四旋翼飞行器的运动控制技术为中心,完成了硬件实验平台的搭建,数学模型的建立,并对控制算法及姿态解算进行了深入细致的研究。主要工作内容如下:1、通过调研国内外四旋翼飞行器的研究现状,对其构造及相关理论进行了详细分析,在此基础上结合牛顿力学方程和科氏方程,通过对飞行器的运动分析及受力分析,经过合理的几何抽象,推导出了四旋翼飞行器的数学模型;2、以STM32F103C8T6微处理器和基于MEMS技术的MPU6050运动传感器为核心设计出一种小型四旋翼飞行控制平台,在Altium Designer下完成了原理图和PCB版图设计,包括MCU处理器模块、电源模块、传感器模块、无线通讯模块等,其中传感器模块包含了三轴加速度计、三轴陀螺仪和气压高度计,通过校准和融合算法可准确获取机身姿态。之后在KEIL下使用库函数的方式完成了软件系统的搭建;3、对目前主要控制算法进行了分析,针对飞行器的数学模型设计了PID控制系统,并结合模糊算法制定了飞行器的模糊控制规则,完成了改进型的Fuzzy-PID控制系统设计,使系统在不同状态下对控制参数做出自适应调整,具有更好的鲁棒性。在MATLAB环境下搭建了控制系统的仿真模型,对系统的阶跃响应,预定轨迹的位置跟踪以及脉冲信号的抗干扰能力分别进行了仿真;4、使用卡尔曼滤波、互补滤波和DMP三种方式对姿态解算系统进行设计,通过加权平均滤波来对加速度计原始数据进行预处理,使用加速度传感器来校正陀螺仪的偏移,并在实验室条件下,通过飞行控制平台在不同状态下进行了实际测试。通过对测试结果的分析可知本文所设计的姿态解算方法可准确的融合多轴传感器数据,Fuzzy-PID控制系统能有效改善机身的飞行状态。