四旋翼飞行器是一种可以垂直起降的多旋翼旋翼式飞行器,通常采用十字型对称分布,四个螺旋桨分别分布在支架末端。无需像单旋翼飞行器的尾部旋翼来抵消回旋扭力,节能的同时也使飞行器更加紧凑。它仅需通过调节四个螺旋桨转速调节相应拉力进而调整飞行器的姿态,结构上更加简单可靠。因其有四个螺旋桨,负荷更大,可使桨叶可以做得更小,便于小型化。其可以在空中自由地悬停和移动,具有很大的灵活性。由于四旋翼飞行器有着诸多优点,可应用于新概念交通领域、安保领域、建筑领域及其它高危作业环境,使其有着广泛的应用前景。四旋翼飞行器拥有上述优点的同时,也需要解决很多控制上的问题。因其有六个空间自由度和四个控制输入,属于多变量欠驱动强耦合的非线性系统,因此建模比较复杂,控制算法要求相对较高。本文通过对四旋翼飞行器工作原理、动力学特性、运动状态的分析和研究,建立其动态模型。将动态模型解耦、化简、线性化代入飞行器相关参数得到仿真所需传递函数,利用传递函数在MATLAB中建立仿真平台,验证本论文提出的算法控制飞行器的有效性。本文基于STM32F103RBT6主控芯片,分别制作了飞控板和遥控器,搭建了四旋翼飞行器系统,为算法的验证提供了实物平台。本文提出了一种由LQR和PID协同控制四旋翼飞行器姿态调整的控制方案。由惯性测量单元测得数据,经卡尔曼滤波器融合信息后传递给PID+LQR控制器。通过MATLAB搭建的仿真平台和实物平台验证该控制器解决了四旋翼飞行器不能快速稳定地响应指定位置以及抗扰性弱等问题。也表明该控制器可以保证飞行器快速准确地调节至指定位置与航向,增强了抗扰性。