四旋翼飞行器是旋翼式无人飞行器中的一种,也是近年来新兴的一种超小型飞行器。随着科学技术的不断发展,以及微机电、微导航技术的出现,四旋翼发展进入了新的时代,各国都开设有相关的研究机构来对四旋翼飞行器展开研究。相对于固定翼飞行器,四旋翼飞行器具有控制灵活度高、抗干扰性强等诸多优点,在民用航拍、军事地形侦察及工业电力线路检测等领域均有巨大应用前景;但四旋翼飞行器系统具有驱动能力欠缺、多变量等问题,使其成为当今国内外自动控制方向研究的热点和难题。本文首先是对四旋翼飞行器的结构组成和工作原理进行分析,并以此基础进行了四旋翼飞行器的系统硬件设计。四旋翼飞行控制器是采用STM32微控制器,将加速度计与陀螺仪、地磁传感器和气压传感器等作为姿态及位置反馈装置,通过蓝牙控制器传输控制信号,最终通过电调控制无刷电机。硬件部分设计完成后,对飞行器软件架构进行了综合设计。本文通过分析四旋翼飞行器的运动原理,推导非线性运动方程并简化后,引入了四个控制量,并将其非线性模型解耦成四个独立的控制通道,利用四元数法、位置式PID等控制算法,对飞行器的飞行姿态进行了优化。最后完成了对四旋翼飞行器的安装调试,并分别于室内和室外进行了飞行测试。测试过程中对参数进行了微调,使飞行器具有最优的飞行姿态,后加入高度控制通道进行了定航点测试,验证了四旋翼飞行器飞行姿态控制的可行性。