近些年,人们充分认识到无人机的作用,世界各国大力发展无人机产业,无人机成为研究的热点。无人机主要分为固定翼和旋翼两大类。旋翼相较于固定翼能够悬停,可以用来航拍、监控等。四旋翼具有结构简单、操作方便的特点,成为旋翼无人机的研究热门。对于没有驾驶员的无人机而言,飞行控制系统就是无人机的驾驶员,在飞机各种飞行活动中发挥着至关重要的作用。鉴于以上原因,本文自拟题目,自建四旋翼飞行器。对四旋翼飞行器的飞行控制算法进行研究。本文研究的主要内容:1.对无人机进行了概述:介绍了无人机特点,阐述飞行控制系统的发展历程,罗列了几种常用的飞控系统,在结合国内外研究现状的基础上介绍了几种典型的高性能无人机。2.对研究的四旋翼建立数学模型:介绍了四旋翼的机械结构和飞行原理,设定了两个常用坐标系,对机体的受力情况进行分析,求解出模型的动力学方程;在给定的飞行器线速度和角速度方程的基础上求解出运动学方程,从动力学和运动学两个方面对四旋翼进行建模,最后结合四旋翼飞行器的实际飞行情况,对四旋翼飞行器的非线性方程组进行简化。3.介绍了PID算法和基于四元数方法设计控制器的理论知识:从理论方面阐述两种控制方法的原理,并给出了相关整定和参数求解方法。4.利用MATLAB平台将PID和基于四元数方法设计的算法仿真,并对两种方法的仿真结果进行比较。本文的创新点:本文采用PID控制和基于四元数两种方法进行了控制律的设计。仿真结果表明:本文中设计的控制律能够对四旋翼飞行器的速度进行有效的控制,特别是当速度较大的情况时,基于四元数方法相比于PID控制具有更好的控制效果。本文建立了系统的数学模型,设计了飞行控制算法,为四旋翼飞行器的研究提供理论基础。