随着传感器,数据处理,高集成度电机技术的进步,微小型四旋翼的发展成了现实。垂直起降系统在区域监控,建筑搜索,危险环境侦查等方面拥有优势。四旋翼飞行系统为欠驱动,多耦合的系统,近年来成为研究热点。本课题研究的内容如下:第一,详细地介绍了国内外在四旋翼方面的研究情况,介绍了国内外研究机构的四旋翼项目,以及遇到的问题和研究方向。对于欠驱动的四旋翼系统建立了6自由度的数学模型,并对模型做了数学分析,在建立模型的过程中,忽略了某些空气动力因素。第二,制作了四旋翼飞行器的原型样机,选用ST生产的STM32芯片作为飞行器的主控制器。同时又选取了三轴陀螺仪和三轴加速度计芯片MPU6050,磁力计HMC5883,气压计MS5611作为传感器的测量单元。主控器用来实现飞行时的姿态解算和飞行控制算法。传感器用来测量飞行器的状态。第三,对于四旋翼的软件设计结构进行了详细的说明,介绍了系统的初始化程序和传感器的数据读取程序。采用卡尔曼滤波方式对传感器的数据进行融合,得到了控制程序使用到的欧拉角,避免了采用单一传感器进行解算时精度不高的问题。最后介绍了经典的PID算法的实现过程。第四,对于四旋翼控制系统分析后,本课题选取了PID控制方式。把对四旋翼的控制系统划分两部分,分别是姿态角控制系统和位置坐标控制系统。对于两个部分使用控制理论方法证明其具有稳定性。并且设计了相应的控制器。第五,最后对于设计的四旋翼平台进行测试,选取一个宽阔的实验室进行四旋翼的悬停实验。测试结果证明四旋翼各部分能够保证稳定工作,姿态控制器可以维持四旋翼的悬停状态。本章也分析了设计过程中的缺点和不足,并且指出了将来需要改进的地方。