四旋翼无人机是一种常见的小型无人机,起降方便,能够应用在航拍、灾难救援、测绘、电力巡检等领域,具有很强的实际应用价值。本文主要从四旋翼无人机研究背景、系统动力学分析与建模、滑模控制律设计、卡尔曼滤波数据融合、自主飞行试验等几个方面对四旋翼无人机展开研究。分别从软件和硬件两个方面对无人机的飞行质量进行了优化。首先,根据四旋翼无人机的机身结构分析了无人机的飞行原理,根据无人机的线运动和角运动建立其数学模型,同时建立了作为无人机飞行执行机构的电机模型。其次,考虑到四旋翼无人机的建模误差和模型对外扰敏感的特点,采用了滑模控制作为无人机的飞控算法,分别设计了无人机的位置滑模控制器和姿态滑模控制器。并对设计的控制器进行了Matlab仿真,验证了滑模控制算法对无人机姿态角和位置控制的有效性。接着,针对四旋翼无人机各传感器性能单一,无法满足对其姿态角和位置准确追踪的特点,采用卡尔曼滤波算法对多个传感器进行数据融合,得到比单一信息源更连续准确可靠的导航信息。最后,完成四旋翼无人机硬件部分总体设计。在进行机身硬件设计时结合无人机的飞行环境、无人机抗外扰能力、控制算法程序设计、零部件的成本等因素。用设计好的四旋翼无人机进行了飞行试验,室外自主飞行试验取得了成功证明了机身设计的合理性和飞控算法的有效性。