飞行器飞行控制技术作为现代无人机设计的关键技术之一,从最开始的人工控制到辅助导航,再到现如今的自动飞行控制,其核心地位不断突显,世界各国对飞行控制技术的理论研究与实际应用也在不断加强。同时,由于飞行控制系统的特点,其理论设计的结果不能马上应用到实际飞行器的飞行当中,因此在一般情况下主要是通过半实物仿真来进行验证理论设计效果。本文也是基于此目的,以三轴转台作为半实物仿真的核心部分,在搭建了无人机地面半实物仿真硬件平台之后,配合设计的相应的上位机控制软件,研究了无人机姿态控制的相关理论设计与仿真。本文最初对国内外之间的无人机与半实物仿真平台技术的发展状况与趋向进行剖析,分析半实物仿真的原理及结构,阐述几类坐标系及它们之间的转换关系。在对比研究了几种常用的无人机姿态表示方法后,决定采取Rodrigues参数法,并针对Rodrigues参数法存在的奇异问题,提出了修正的Rodrigues参数法,最后加入卡尔曼滤波对解算过程进行优化。其次完成对固定翼无人机相应模型的建立,根据获取的运动方程进行线性化,运用软反馈式方法初步设计了无人机的纵向和横向运动控制律,并仿真得到其初步的控制结果。在考虑的控制律设计的一些不足,运用遗传算法在原来的基础上对相应的反馈参数进行寻优,在仿真之后得到了满意的控制效果。然后根据系统的需求与系统结构,设计了采用STM32为控制器,结合MPU9250九轴姿态传感器、三轴转台、三轴转台控制、数传电台通讯、WIFI通讯和无人机机体结构等硬件电路,形成能够模拟无人机姿态运动、实时采集三轴转台姿态信息、实时通过无人机机体结构展现无人机飞行时机体运动状况和数据通信的下位机硬件平台。最终针对系统所需的功能,实现对硬件的程序部分和基于界面设计的上位机软件设计,包含姿态传感器数据采集、结合数据完成转台姿态角度的实时解算、遗传算法对参数的寻优、半实物仿真的仿真过程、MPC08运动控制函数的编写调用和上位机界面功能的设计,能够对采集数据的实时显示更新、转台各种姿态的转动控制等功能。在硬件平台和软件的基础上,测量姿态传感器的原始数据,进行误差分析,并采集了四元数法、基于卡尔曼滤波的四元数法和基于卡尔曼滤波的Rodrigues参数法的角度数据,证明了后者姿态解算的可行性,最后完成转台实际数据与仿真数据的实际对比,验证系统设计的可行性,具有一定的实用和研究前景。