四旋翼飞行飞行器(Quad-rotor)是一种多旋翼无人直升机,由于其具有非线性、强耦合性等控制难点,同时又具有垂直起降、操控灵活的等特点,近年来受到了社会的广泛关注。本课题主要从以下三大部分展开研究：(1)四旋翼飞行器飞行原理及模型推导提出了坐标体系概念,并结合其结构特征及飞行运动学原理建立其动力学方程。(2)四旋翼飞行器硬件及相关外围电路设计该部分主要分为飞行控制板设计、地面控制系统设计和无刷直流电机控制器设计。首先设计了基于STM32F407的飞行控制板,并给出了相应的原理图和PCB板图,其次设计了一款基于陀螺仪摇杆控制的地面控制系统,并给出了其硬件设计方案及软件设计思路,并融入了GPS全球定位功能和数据参数调整功能,最后设计了一款基于STM32的无刷直流电机控制,并提出了一种新型的硬件设计方案,并从机理分析其启动原理和换相过程,最后搭建电路板验证其设计合理性。(3)四旋翼飞行器算法仿真及调试分别设计了基于滑模变结构的控制器和基于经典PID的控制器,并分别通过Simulink进行仿真验证,同时给出了相应的仿真结果图并做出对比。接着设计了一款基于C#的Windows数据采集分析系统,用于数据实时采集和数据分析及参数配置,最后将上述控制算法运用于实际飞行器,并给出了相应的姿态控制数据及实验结果分析。