四旋翼无人机是一种性能优良的无人机。与常规固定翼无人机相比,它具有机械结构简单,可垂直起降,安全性好,能实现侧飞、倒飞等动作等诸多优点,在军事、民用等领域具有广阔的应用前景。本文以四旋翼无人机为研究对象,对四旋翼无人机飞行实验平台设计、非线性建模、非线性控制算法设计、姿态解算等进行了研究。首先,针对本课题组的研究需求,从机架整体设计、硬件选型、软件设计三方面对四旋翼无人机飞行实验平台进行了设计。其中机架整体设计从机械要求、控制性能、飞行任务要求三个角度进行了分析；硬件选型主要针对飞行需求,本着轻便灵活的原则对各模块进行选择；软件设计则主要是指对无人机系统总体软件流程进行设计,并对初始化、传感器数据采集、安全检测三部分作了进一步的设计。其次,对微小型四旋翼无人机进行数学建模并设计相应的控制系统。数学建模部分根据无人机的飞行原理和刚体的空间运动方程,并结合具体的无人机对象,建立了四旋翼无人机的非线性数学模型。针对四旋翼无人机难以建立精确模型的特点,利用自抗扰控制方法,结合所建模型中姿态环节的具体形式,分别设计了滚转、俯仰和偏航通道的自抗扰解耦控制器,并利用仿真实验验证了控制器的性能。最后,针对传感器模块直接测量信息存在较大偏差的现象,设计姿态测量系统以提高无人机传感器模块信息测量的整体性能。在分析了传感器的测量误差产生原因的基础上,结合陀螺仪、加速度计、地磁计的测量特性,对多传感器的测量信息进行整合。基于迭代的扩展卡尔曼滤波算法,设计了基于IEKF的四旋翼无人机姿态测量系统,并通过实验验证了该设计的有效性。