直流电机驱动的四旋翼飞行器具有四个对称分布的螺旋桨,其结构简单,控制灵活,在民用、警用、军事和科研领域都有着广阔的应用前景。由于该系统显著的非线性、欠驱动特性,使其控制具有难点。本文主要研究了四旋翼飞行器的姿态稳定性控制问题。针对四旋翼飞行器的姿态稳定性控制问题,根据牛顿第二定律和欧拉方程建立了运动学模型,并针对姿态控制问题进行简化。对四旋翼飞行器的姿态使用四元数表示,采用了一种基于梯度下降法的姿态检测算法对传感器数据进行融合。根据四旋翼飞行器的简化模型,将姿态控制分解为三个角度的单独控制,分别采用串级PID控制器对飞行器姿态的三个欧拉角进行控制。仿真结果验证了所提方法的可行性。提出了四旋翼飞行器的系统设计方案,设计了四旋翼飞行器的机械结构,对其进行了模块化设计,按照功能分别设计了姿态检测单元、姿态控制单元和执行单元三个模块。参考国际上四旋翼开源项目,进行了硬件选型、电路设计与制作、软件代码的编写及调试。通过采用飞行姿态测量模块与姿态控制模块的分离式设计,使飞行器具有240Hz的姿态控制频率,对软硬件进行的测试表明,各个模块工作性能良好,能够满足系统控制算法的实时性要求。为了满足实验中在线调整参数的需求,自主研发了界面友好的控制算法调试系统,对自主研发的SmartQT四旋翼飞行器进行了飞行控制实验。实验结果表明,本文所提控制算法能够有效地对四旋翼飞行器姿态进行稳定性控制。