为了使生活更加方便和美好,本文基于嵌入式实时操作系统μcos-III在以ARM Cortex M3为核心的微控制器STM32上展开了对便携式飞行器的初探。本文研究的便携式飞行器采用四旋翼结构。首先,对它的飞行原理和飞行中的姿态变化进行了详细地分析。然后,对它在飞行过程中的受力情况进行了探讨,并建立了动力学模型。接着,根据常用的四旋翼飞行器的结构设计了便携式飞行器的机械结构,根据惯性导航原理设计了控制系统的电路。该电路主要包括以ARM Cortex M3为核心的STM32控制器模块,以加速度角速度感知模块MPU-6050、磁航向感知模块HMC5883L、大气压感知模块MS5611构成的感知模块,以及电源模块、通信模块等。结合四元数法和串级PID控制设计了便携式飞行器姿态解算和控制算法,并利用该算法进行了控制系统的软件开发。其解算和控制过程为:利用MPU-6050感知当前状态下的加速度和角速度,利用HMC5883L感知到的当前地球磁场,经过滤波处理后,将加速度数据归一化处理,同时获取四元数的重力分量,将两者的偏差做PI调节补偿角速度数据,利用四元数微分方程以角速度的数据去更新四元数,通过四元数与欧拉角的关系解算出姿态角,再利用地球磁场数据去修正姿态角,用期望的姿态角与当前的姿态角的偏差进行串级PID控制,将该输出转换成PWM形式控制四个电机的转速来控制便携式飞行器达到期望的姿态。最后,在上位机PC上开发出了系统仿真与系统参数调试整定模块,在Simulink上构建了便携式飞行器控制系统的仿真模型,仿真实验验证了控制算法的合理性,在Visual Studio集成环境中用C#语言开发出了系统参数调试整定模块,整定后的参数借助通信接口更新至控制系统,最终得到了比较好的控制效果。