根据四旋翼飞行器侧重于重量轻、体积小、功耗低、性价比高的特点,提出了一种数字式飞行控制系统的总体结构。飞行控制计算机是四旋翼飞行器自动驾驶仪的基本组成部件。采用模块化设计思想,设计开发了一种基于C8051F020高性能单片机为核心的飞行控制计算机。为了便于控制,四旋翼飞行器采用对称分布的结构形式。本文分析了四旋翼飞行器的结构形式及其工作原理。对四旋翼飞行器的动力学、运动学特性进行分析,建立了非线性数学模型。通过引入四个控制量,把非线性模型分解成四个独立的控制通道,分解后的非线性模型又进一步采用小扰动法进行线性化,得出了悬停状态下四旋翼飞行器简化的线性模型,作为四旋翼飞行器控制对象进行控制系统设计。在密切联系四旋翼飞行器工作原理和线性模型的基础上,提出控制系统的控制策略以及实施方案,采用经典的PID控制方法,设计了四旋翼飞行器在悬停状态下姿态控制律和位置控制律。对数字仿真结果进行分析,验证了控制方案的可行性。为了有效地调节四个电机转速来改变旋翼转速,从而控制四旋翼飞行器的姿态和位置,本文制作了四旋翼飞行器的结构外形,以传感器、飞行控制计算机、执行机构为核心,设计了实物试验平台。通过试验得出,直流电机转速和PWM波占空比的关系,旋翼拉力满足系统要求,执行机构反应迅速、连续,辨识的直流电机数学模型为惯性环节。试验验证了硬件和软件的功能及可靠性,设计方案的合理性。