四旋翼飞行器是一种由位于十字交叉顶端的四个螺旋桨驱动的飞行器,其具有垂直起降、全方位任意航行的飞行特性,且其飞行姿态完全由四个螺旋桨产生的力来控制,相比较固定翼飞行器及普通的单旋翼飞行器具有动作灵敏、操控更容易实现等特点。四旋翼飞行器同时还具有输入欠驱动(6个自由度,4个输入)、控制变量多、耦合性强、非线性、常参数不确定及飞行环境不确定等特性,对其的研究涵盖了结构设计、机械制造、材料工程、物理力学、气动力学、惯性导航与制导、传感技术、能源技术、遥感技术、无线电技术、微机电一体化技术等各项综合技术。因此四旋翼飞行器一直是世界各国相关科研机构的热门研究对象。本文以四旋翼飞行器作为研究对象,对四旋翼飞行器的研究现状进行了深入的调研,全面阐述了四旋翼飞行器的发展历史、应用领域及关键技术。此外,本文以实验室搭建的物理平台为实际研究对象,对四旋翼飞行器进行数学建模以及控制算法的研究。首先,基于可操作性和性价比设计了四旋翼飞行器的物理结构,结合相关硬件设施及传感器电路搭建物理平台。测试结果表明该物理平台能够满足对四旋翼飞行器特性研究的需要。其次对所搭建的平台进行力学分析,通过在不同坐标系下的转换并依据牛顿-欧拉方程建立其运动学方程而获得四旋翼飞行器的非线性数学模型。然后对于传感器获取的姿态数据进行融合处理,分析了卡尔曼滤波算法和互补滤波算法的特性,最终选用互补滤波算法融合陀螺仪、加速度计的数据,以获得准确的飞行姿态。最后,针对当前四旋翼飞行器研究的最大问题姿态稳定性控制问题,创造性的提出模糊PID控制算法,利用MATLAB软件的模糊逻辑工具箱设计模糊PID控制算法对四旋翼飞行器进行姿态稳定性控制,在MATLAB环境下进行仿真实验并在实际的物理平台上进行效果验证。结果表明,这种控制算法能对四旋翼飞行器进行精确和快速控制,实现了研究目标。