目前市面上的旋翼无人机分为三旋翼无人机、四旋翼无人机、六旋翼无人机、固定翼无人机,四旋翼无人机具有体积小、操作灵活、控制简单、可垂直起降、对起飞条件没有要求等优点,在农业抢险救灾军事等方面有很广泛的应用。在该背景下,本文在基于STM2F07的基础上,总结无人机目前在控制系统方面遇到的难点,开展对四旋翼无人机系统的设计,实现和调试方面的研究。四旋翼无人机由于只有四个驱动单元对6自由度的无人机进行控制,四旋翼无人机系统是欠驱动、强耦合、多变量的系统。其数学模型的建立,将四旋翼无人机视作刚体,利用牛顿力学模型建立动力学模型,得到非线性的数学模型,并对数学模型中的各个参数进行实验优化。根据设计方案,选取STM32F407作为核心控制部分,该芯片相比较于STM32F1x系列和STM32F2x系列,有很大的优势,内核对指令指针和数据的存储和处理能力更加强大。四旋翼无人机控制系统的基础是四旋翼无人机的姿态的实时检测,姿态检测部分包括对四旋翼无人机的姿态角以及姿态变化速率的测量。针对单个姿态检测元件检测易受到震动和电场磁场的影响,首先研究单个姿态检测单元的检测原理、特征,证明了在改善数据可靠性方面,多传感器在数据融合方面的可行性和准确性。在四旋翼无人机的控制部分,采用改进型模糊PID作为四旋翼无人机的控制器,传统的PID控制器对干扰之后的响应速率过慢以及模糊控制存在的小范围控制的不精确性。通过仿真比较了传统的PID模糊控制和改进型模糊PID控制的控制效果。在完成控制系统的主要方面之后,购买硬件,并编写了飞控板和各个传感器的功能模块程序和系统的控制程序。将设计的姿态估算和控制部分联合下载到飞控板中,进行实验和调试。结果表明,多传感器融合能达到更好的反应四旋翼无人机的姿态角,并且在风速为3m/s的实验环境中,飞控系统具有较好的稳定性和快速性。