四旋翼飞行器与普通飞行器相比,具有结构简单、故障率低和单位体积能够产生更大的升力等优点；而且四旋翼飞行器非常适合在狭小的空间内执行任务。因此,四旋翼飞行器具有广阔的应用前景,吸引了众多的科研人员,成为国内外新的研究热点。飞行控制器是四旋翼飞行器最核心的部分,飞行器通过飞行控制器与外界交互并做出反应,使得飞行器能够在没有外界操纵干预的情况下自主飞行。飞行控制器性能的优劣直接决定着飞行器的性能,因此研制高性能的飞行控制器具有十分重要的意义。同时,飞行控制器的设计和研发涉及电子、通信、自动化和计算机等多种学科,在技术上具有相当大的前沿性。本文首先介绍了四旋翼飞行器的课题背景和研究现状,进而又介绍了四旋翼飞行器的控制原理。随后又提出了四旋翼飞行器的数学模型,对四旋翼飞行器进行了理论分析。其次介绍了四旋翼飞行器控制系统的硬件设计,主要包括器件选型和电路设计两个部分。飞行控制系统的主控制器选用了STM32F103CB微控制器,传感器选用了ADXL345加速度计、L3G4200陀螺仪、HMC5883电子罗盘、BMP085气压计和HC-SR04超声波传感器。随后又介绍了STM32F103CB最小系统、传感器模块和电源管理模块的电路设计。再次详细介绍了四旋翼飞行器控制系统的软件设计,主要包括惯性导航系统的简介和分类、坐标系和姿态角定义以及姿态计算方法,最后设计了一套基于四元数和卡尔曼滤波的姿态检测系统。随后又介绍了PID控制算法并设计了一套基于改进的变参数PID控制算法的姿态控制系统。最后分别对四旋翼飞行器进行了硬件测试、姿态检测测试和姿态控制测试,测试证明该飞行控制器能够实现对四旋翼飞行器的稳定姿态控制,完成了指定任务,实现了预期目标。随后又指出了本飞行控制系统存在的缺点和不足并提出了进一步的工作任务。