无人机相对有人驾驶飞机,具有成本低廉、机动灵活、无人员伤亡、战场生存率高等特点,可代替有人驾驶飞机完成工作重复性高、工作环境恶劣和安全保障低的任务,在国内外军用和民用领域都得到了广泛应用。微小型无人机相对于大型无人机在尺寸、重量和成本上具有不可比拟的优势,近年来逐渐成为国内外研究的一大热点。微小型无人机的核心技术为配套飞行控制系统的设计,涉及到传感器技术、数字信号处理、导航技术、自动控制以及模式识别等领域。目前主流飞行控制系统多针对某特定飞行器平台设计,针对性强,通用性差,限制了微小型无人机进一步的发展。微小型无人机受限于机体空间和自身载荷能力,对平衡仪的体积和重量有苛刻要求。本文结合微小型无人机的特点,针对其使用需求,为微小型无人机设计了一款通用平衡仪,适用于多旋翼无人机和固定翼无人机,具有小型化和低成本的特点,且调参方式灵活,可应用于多种无人机平台。论文的主要工作为:第一,介绍了课题的背景与意义,概述了微小型无人机及其飞控的研究现状,给出了论文的主要内容和章节安排。第二,针对平衡仪功能需求,介绍了本文使用的姿态角、坐标系及坐标变换关系。归纳并对比了常用的姿态测量算法,在此基础上选择了应用最广泛的四元数法。第三,为满足通用性需求,选用PID算法作为姿态控制算法,提出了角速度增稳和串级姿态增稳两种控制律,并在X-Plane软件中对姿态控制算法进行了仿真验证。第四,针对选定的姿态测量算法和控制算法,本文提出了一种嵌入式平台平衡仪方案,在硬件的性能和成本间做了权衡。设计了ARM平台平衡仪的硬件和软件,并提供PC端和手机端调参软件。第五,为解决算法和运算能力的矛盾,提出了软硬件协同设计的思路,设计了一种FPGA+ARM架构的飞行控制器,给出了一种FPGA平台平衡仪快速开发方案,为多任务飞行控制器做了预研。最后,进行了长达6个月的实际飞行测试,飞行效果表明,本文设计的平衡仪具有良好的控制稳定性,并且适用于多旋翼和固定翼布局下的多种无人机,具有较高的通用性。