四旋翼直升机是一种结构紧凑，飞行机动方式独特的非线性强耦合直升机。由于其机动灵活，带载能力强，在军事和民用领域都具有巨大的应用潜力。但是四旋翼直升机具有欠驱动、难控制、多变量等控制特点，因此成为国内外控制领域研究的热点和难题。本文根据四旋翼直升机的研究现状，分析了研究目的和意义，重点总结了当前国内外研究的方向和热点，简要概括了四旋翼直升机的发展现状。通过对四旋翼直升机构造和飞行机理的分析，建立了四旋翼直升机的动力学模型和电机的动力学模型，并对该模型进行了必要简化。在数字滤波方面，卡尔曼滤波算法具有计算量和储存量“双小”的明显优势，且能够将多路航姿信号进行融合，得到航姿信号的最优解，使其成为航姿信号滤波的最佳选择。数据解算采用了计算简单，易于操作的四元素法，通过实验测试进一步验证了其可行性和可靠性。在飞行控制方面，采用PID控制偏航角、俯仰角、滚转角、高度等航姿被控信号，使四旋翼直升机能够及时、准确的进行姿态调整，并通过仿真进行了验证。此外，本文设计了无刷直流电机的PID控制算法，仿真结果证明了其可靠性。在实验平台的设计方面，选择了高性能、低成本和低功耗的STM32F103作为主控芯片，采用了国际主流的LSM303LHC、L3GD20和LPS331AP作为传感器，检测四旋翼直升机的三轴加速度和磁航行、三轴角速度、气压高度值等飞行姿态信号，为数字滤波、数据解算和飞行控制器提供可靠的状态变量。此外，设计了新西达2212的驱动模块。最后，通过实验测试，给出了四旋翼直升机的功能和相关参数，论证了所设计系统的可靠性、优越性。