小型四旋翼无人机质量轻、体积小、稳定性好、操作便捷,通过对四个电机转速的控制,可以实现高度升降、前后左右运动、各角度的姿态调整等飞行模式。进入21世纪以来,随着微电子技术和卫星导航的应用,无人机目前大范围应用在国防、土地勘测、社区巡检、影视剧拍摄等方面。正因为无人机在社会各方面的广泛应用,对它的研究具有十分重要的意义。小型四旋翼无人机飞行易受外界环境因素干扰,尤其在风力等级较高的场合,此外小型四旋翼无人机还普遍存在姿态解算能力差、续航时间较短等缺陷。综合以上小型四旋翼无人机普遍存在的问题,本文设计了一款基于STM32系列芯片作为微处理器的四旋翼无人机。机架样式类似于英文字母“X”。姿态控制方面,采用基于PID(Proportion Integration Differentiation)算法基础上改进的模糊PID算法。下面将后续工作安排如下:(1)通过查阅资料,对无人机发展史以及中外研究现状进行全面了解。通过分析动力学原理建立无人机数学模型。由于四旋翼无人机在飞行时能够最多以六种姿态进行飞行,四个旋翼升力差不同而发生飞行姿态转变,可据此建立机体坐标系;无人机飞行发生位置变化,可据此建立地理坐标系。(2)在建立完数学模型之后,根据无人机需要实现的功能合理选择硬件。本文的硬件采用模块化结构设计,便于后期拓展,核心模块包含控制器、姿态传感器、卫星定位模块、遥控模块以及电源模块等。(3)通过四元数算法推导出飞行控制系统实现过程。通过创建姿态传感器的数学模型,并将四元数与各传感器融合进行欧拉角的姿态解算。为了达到姿态角精确控制目的,本文弥补了传统PID控制器缺陷,在PID控制基础上提出模糊PID控制方案。为了验证两种算法控制效果,通过Simulation仿真试验,验证模糊PID控制算法是否具有更好的控制效果。(4)通过户外飞行试验来验证四旋翼无人机控制系统的有效性,经过无人机户外起降、悬停、自主飞行、续航等测试,证明本文设计四旋翼无人机的符合课题要求。