小型四旋翼固定翼复合式无人机是一种新型的无人飞行器,它是在普通固定翼无人机的基础上安装了四旋翼升力系统,这种新的无人机技术综合了四旋翼无人机的垂直起降能力和固定翼无人机的飞行效率、速度和航程优势。无论对于蓬勃发展的民用机领域还是关乎国家核心战略意志的军用机领域,针对这种四旋翼固定翼复合式无人机的研究都具有十分重要的现实意义。本文的研究目标是设计制作一款小型四旋翼固定翼复合式无人机,并完成该无人机控制系统的设计和应用。以此为主线,从四个方面展开研究。首先,对复合式无人机进行气动力设计和机身结构设计,选择合适的固定翼,并在气动布局上减小固定翼和四旋翼之间流场的相互干扰;其次,通过分析固定翼不同展长和迎角下升阻力系数的变化,结合复合式无人机的要求,确定了本文设计机翼气动力系数,通过旋翼特性测试实验,测得旋翼系统的升力、转速、扭矩等信息,并拟合得到了旋翼转速与升力、旋翼转速与旋翼扭矩之间的对应关系,为控制系统的建立提供相关参数支持;再次,根据复合式无人机的特点,把飞行模式分为四旋翼模式、固定翼模式和过渡模式进行控制,并利用经典的PID控制器为无人机设计了控制方案,并在Matlab中仿真实现;最后,制作复合式无人机样机,设计无人机飞行实验方案,完成无人机的试飞工作,并对试飞过程中的数据进行了采集和分析处理。复合式无人机试飞实验的成功,证明了本文气动力设计的有效性和结构设计的可靠性,同时也表明了本文旋翼系统参数辨识、无人机建模、PID控制策略等方法的可行性,理论和仿真的有效性。本文的研究内容也可以为今后四旋翼固定翼复合式无人机的设计提供参考。