相比于传统植保方式,植保无人机具有适应性强,作业效率高,安全性高等优势,在农业植保方面具有广泛的应用价值与前景。本文从工程应用出发,在Pixhawk开源飞行控制系统的基础上,开展了对植保无人机控制系统的研究。论文在对植保无人机功能需求分析的基础上,提出了植保无人机控制系统的总体方案,并分别从硬件和软件两个方面给出了植保无人机硬件系统与软件系统的设计方案。整个控制系统分为飞行控制系统与智能喷洒系统两个子系统,子系统间通过串口通信,实现植保无人机智能喷药功能。植保无人机飞行控制系统采用Pixhawk开源飞行控制系统,并在其基础上进行二次开发。飞行控制系统硬件主要由Pixhawk飞控,GPS模块,数传模块,电源模块,集成模块,驱动模块和遥控接收模块等组成;其软件主要包括Pixhawk飞控兼容的PX4固件,以及在此基础上设计的串口通信,自动喷药和药量显示等功能模块。植保无人机智能喷洒系统硬件上主要由主控模块STM32F103核心板,电源模块,传感器模块和喷洒功能模块组成;其软件引入uC/OSII嵌入式操作系统,利用信号量与信号量集完成系统功能之间的任务同步。同时详细分析了系统任务及其切换,并在此基础上实现了智能喷洒系统串口通信,药量监测,遥控解码,超声波测距和变量喷药等功能模块。另一方面,为了验证植保无人机控制系统方案的可行性,搭建了植保无人机实验平台,包括四旋翼无人机实验平台和智能喷洒系统实验平台。基于搭建的实验平台,分别进行了四旋翼无人机飞行实验,子系统通信实验以及喷洒系统实验。实验验证了Pixhawk飞行控制的稳定性与可靠性以及与喷洒系统间串口通信的可行性。结果表明该方案能基本满足植保无人机功能需求。此外,论文基于四旋翼无人机实验平台,对四旋翼无人机的飞行原理进行研究,构建其动力学模型,并在Matlab上对Pixhawk采用的串级PID控制算法进行了分析。同时,针对该方法存在的缺陷,应用模糊PID控制算法对其进行了优化。Matlab仿真结果表明,模糊PID控制算法更加适合植保无人机的飞行控制。