随着科技的日新月异,使得无人机在军事和民用领域运用的研究课题备受瞩目。飞行控制系统作为无人机的“大脑”,肩负着各种复杂而又特殊的任务。飞行控制系统的核心器件是微处理器,因此微处理器决定了无人机的控制性能。目前市面上的大多数无人机采用的微处理器型号是STM32,但由于STM32微处理器的主频低,致使复杂的控制算法无法运行,使得无人机的控制性能较差,此外软件系统架构的复杂度高,使得系统的移植性差。对于商业无人机来说,上述的不足无关紧要,但对于工业级无人机来说,以上的不足却是致命的,为了研发一套高性能的工业级无人机飞行控制系统,本课题结合当前已有的飞行控制系统优缺点,采用Cortex-M7系统架构中的samv71q21微处理器设计并完成一套新的飞行控制系统。本课题采用ATMEL公司最新的微处理器samv71q21作为飞行控制系统的硬件核心。一方面是为了满足飞行控制算法的对微处理器高性能要求,另一方面是满足本课题中各传感器模块对硬件资源的需求。该微处理器具有高达300MHZ的主频、多种数据处理总线和多个定时器等资源,不仅满足各类传感器对数据总线不同的需求,而且满足多旋翼无人机的旋翼扩展要求。考虑到旋翼无人机对软件平台实时性、可靠性和移植性的要求,结合当前已有的飞行控制平台架构,本课题采用了Nuttx实时操作系统作为飞行控制系统的软件系统基础。为保障系统的实时性,本课题将飞行控制系统的驱动模块设计成相互独立的进程,同时通过引入uORB通讯系统解决了进程间数据通信的问题,此外本课题利用无线通信模块并结合Mavlink通讯协议解决飞行控制系统与地面站系统的通信问题。为了详细阐述飞行控制算法,本课题基于牛顿力学建立了旋翼无人机的姿态和位置动力学模型,同时本文根据旋翼无人机的实际飞行情况对动力学模型进行了相应的简化,最后根据简化后的模型并结合PID控制算法完成了姿态、位置控制器的设计,同时在姿态控制器平稳的前提下,完成了水平位置控制器和高度控制器的设计。本课题在完成了整套旋翼无人机飞行控制系统的设计后,对飞行控制系统中的各个模块功能进行独立的验收与测试,最后对整个飞行控制系统进行飞行测试,测试表明,新平台的系统可移植性、实时性和飞行控制算法的性能有了很大的改善,满足工业级无人机的性能要求,因此整套飞行控制系统的研发满足预期需求。