无人直升机具有悬停、垂直起降等机动性能,在侦测、航拍、救援等军民用方面都有广阔的应用空间。微小型无人直升机(Mini Unmanned Helicopter,MUH)飞行更灵活、损耗代价小,是各无人直升机研究团队的首选研究平台,也广受模型爱好者的欢迎。MUH姿态增稳系统可以增加姿态稳定度并帮助保持MUH水平,减轻操控手的负担。由于现有的MUH姿态增稳系统的成本高,工作受天气影响等因素,研究低成本、独立稳定的姿态增稳系统对于推广MUH应用有巨大的意义。本文设计开发的硬件平台采用了高效率、高精度的电压转换芯片,同时提供工作电源与标准电源,节省了硬件空间和成本;而三轴陀螺仪和加速度计组成的惯性测量单元成本低,可以提供高精度的姿态反馈;单片机控制中心则在保证系统功能的基础上进一步节约了成本。基于重力场自适应互补滤波的MUH水平姿态估计方法,用陀螺仪和加速度计输出进行自适应互补滤波来估计可解算水平姿态的重力场,较大程度剔除陀螺仪漂移和运动加速度的干扰,在惯性测量单元上实现了独立、稳定的姿态估计。最后,文章根据研究和仿真对比结果,选用模糊PID作为MUH姿态增稳控制方法,该方法对模型要求不高,鲁棒性强,适用于本文无精确对象模型的控制系统,也适于在单片机中实现。在解决了实验机型的ECCPM解耦等问题后,本文设计了地面站,进行了验证实验,实验数据表明系统能较好地跟踪姿态输入,实现姿态增稳功能。