Quad-rotor飞行器属于多旋翼无人直升机,虽然该飞行器具有一定的的非线性、耦合特性,但是由于具有垂直起降、机动灵活等特点,在近几年得到了社会的广泛关注。Quad-rotor飞行器的各种姿态的控制是通过调节四个旋翼电机的转速,使其获得不同的合力实现的。本文首先确定了系统的总体设计方案,结合飞行器的飞行原理,对系统模型进行了分析;然后,分析了无刷直流电机的工作原理,针对飞行器的特点选择了无刷直流电机、螺旋桨作为执行机构的动力装置,选定了ADXRS300陀螺作为角速率的检测传感器,其中无刷直流电机在无位置传感器的条件下实现换相。通过测试试验,对电机进行了参数标定,通过对Quad-rotor飞行器系统的动力学分析,得到了飞行器的动力学模型,并以此模型作为控制系统的仿真模型。然后对电机驱动系统的硬件设计进行了描述,并结合电机的运行原理和换相点的反电势过零检测法,设计了驱动系统的软件程序,利用PWM原理调速,成功的实现了电机的启动、运行以及调速。Quad-rotor飞行器系统具有一定的非线性和不确定性,因此在选择控制算法时应结合系统特性。本文针对系统的非线性模型,采用常规PI控制、模糊PI控制和模糊自整定PI控制方法进行了控制器的设计,对各种控制方法的仿真结果进行分析。最后完善了实验系统的硬件设计,对整个实验装置进行了安装,设计了基于Quad-rotor飞行器的经典控制器,应用到系统中进行了调试,试飞实验实现了飞行器的垂直起降运动。