多旋翼飞行器具有体积小、重量轻、机械结构简单、操作方便、成本低等特点,因而具有广泛的应用前景。在军事上,可以用做侦查、诱饵、电子干扰、通信中继和无人战斗机等;在民用上,可用于森林、山地、海洋等复杂地形的巡视救援,还可用于喷洒农药、货物派送等;在工业上,可用于道路桥梁、输油通道、高压电缆等的安全巡查。因此,近年来多旋翼无人机已成为国内外的研究热点,并得到了快速发展。本文主要研究内容为四旋翼飞行器的姿态检测和姿态控制方法。其中,姿态检测是通过多个惯性传感器测量四旋翼飞行器的运动姿态,并通过卡尔曼滤波算法对多个惯性传感器测量的姿态数据融合校正;姿态控制是设计一套飞行控制器系统,并应用不完全微分PID控制算法,实现四旋翼飞行器的飞行控制。本文主要包括以下内容:1、分析四旋翼飞行器的飞行原理并建立动力学模型。其飞行原理是通过调节四个旋翼的旋转速度大小来完成不同的运动方式,并根据牛顿-欧拉运动学方程建立其动力学模型。2、设计四旋翼飞行器的总体结构。四旋翼飞行器由主控制器、姿态信息采集模块、通信模块、电源模块和飞行动力模块组成。以STM32为主控制器,信息采集模块由加速度计、陀螺仪、数字罗盘等传感器组成,通信模块采用2.4G无线通信方式,动力模块采用无刷直流电机,电源采用11.1V 3S锂电池。3、研究四旋翼飞行器的姿态信息融合估计方法。首先,在讨论加速度计、陀螺仪、数字罗盘的工作原理的基础上,分析了多种传感器获取运动姿态的预处理方法。然后,分别采用一阶互补滤波算法和卡尔曼滤波算法对获取的运动姿态角融合估计。最后,将算法移植到主控制器,并在开发机上显示图像化测试结果。实验结果表明卡尔曼滤波算法对高频干扰信号的滤除能力比一阶互补滤波算法强。4、在四旋翼飞行器控制上,应用不完全微分PID控制算法。讨论常规PID控制算法的理论原理和控制器结构,分析算法的优缺点。分析了不完全微分PID控制算法的特点,并将其应用于四旋翼飞行器控制系统中。在Matlab中,对常规PID控制算法和不完全微分PID控制算法仿真比较,验证改进算法的有效性。5、设计四旋翼飞行器的姿态控制系统。首先,结合姿态融合算法和不完全微分PID控制算法,设计姿态控制系统。然后,对四旋翼飞行器进行悬停测试,测量姿态角的稳定性。结果表明所设计的姿态控制系统可以有效的控制飞行器平稳飞行。