四旋翼飞行器由于其起降条件低、飞行姿态调整灵活、能够实现空中悬停等特点,在物流运送、管线巡检、农业植保等众多热门领域的应用变得越来越广泛。四旋翼飞行器控制系统的稳定是实现各项功能的基础,本文的研究平台是四旋翼飞行仿真器实验平台,通过建立飞行器的力学模型,研究不同控制方法对飞行器姿态控制的影响,可对室外中小型四旋翼无人机姿态控制实际工程应用提供一定的参考价值。本文的主要研究内容有:（1）针对飞行仿真器实验平台硬件组成进行介绍,采用机理法对其俯仰角、横滚角以及偏航角进行受力分析并建立力学模型,得到了飞行仿真器的状态空间方程,并在此基础上进行了系统的能控性和能观测性分析。（2）对飞行仿真器分别设计了LQR控制器和模糊PD控制器,根据最优控制理论设计了LQR控制器,在此基础上搭建飞行器系统仿真图,并选取多组不同的Q、R矩阵进行对比分析,得到其对系统响应效果的影响。对于模糊PD控制器确定模糊规则与隶属函数,进行PD参数整定。将LQR控制和模糊PD控制两种方法的仿真曲线进行对比分析,结果表明两种算法在稳定后都没有出现震荡的情况,模糊PD控制器在超调量和系统响应时间上的表现优于LQR控制器,但其稳态误差稍大于LQR控制器。（3）介绍了反馈线性化方法以及所用的基本数学工具,根据反馈线性化方法对原先非线性模型进行状态变换,并且增加了一个虚拟位置量,得到线性化后的飞行仿真器姿态控制系统。设计基于反馈线性化的LQR控制器,其仿真结果表明,该控制器在飞行器姿态跟踪控制上的性能表现较为优异,响应迅速,跟踪效果好。（4）基于飞行仿真器实时控制实验平台,将本文所设计的LQR控制器、模糊PD控制器以及反馈线性化LQR控制器进行实机验证。通过观察三种控制方法的实际控制表现,反馈线性化LQR控制器的偏航角超调量为0.6%,阶梯信号跟踪稳态误差为0.2red,同时也解决了前两种控制方法抗干扰能力一般的问题,表明了基于反馈线性化的LQR控制器的实时控制性能的优异性。