目前,我国有近三分之二的城市面临水资源短缺的问题,而水质污染是造成水资源短缺的主要原因,为了有效监测水质污染,需要适时采取水质样本进行定性或定量分析,从而监测水质变化情况、探查污染物来源。而过度依赖人工的传统水质监测方式,造成了一定的人力和财力的浪费,为更好的解决此问题,本文设计了适用于水质监测的采样无人机。针对水质采样器对系统造成较大扰动的问题,提出了加速度估计的控制方法。同时,基于加速度估计,为无人机设计了两种控制算法,在MATLAB中进行仿真验证其有效性。最后完成了适用于水质监测的采样无人机系统方案设计和实现,并进行了水质采样与水质监测实验。本文主要研究内容如下:首先,构建了适用于水质监测的采样无人机系统。以四旋翼无人机作为无人机主体,结合水质采样装置、水质检测传感器、无线通讯、地面站和上位机软件等构建了适用于水质监测的采样无人机系统。根据设计的采样无人机结构特点,采用独立建模的方式,建立了无人机和水质采样器坐标系,根据系统动能和势能关系建立其运动学模型,采用拉格朗日法建立无人机的动力学模型。其次,针对采样器摆动易对系统造成扰动的问题,提出了一种加速度估计的扰动抑制方法。根据无人机多体运动及非线性特点,为保持采样过程无人机位置与姿态稳定,设计了两种控制算法:一种基于加速度估计的能量函数与积分滑模结合的控制算法,一种基于加速度估计的比例微分（PD）和滑模（Sliding mode control）结合的控制算法。为验证所提出算法有效性,在MATLAB中建立其仿真模型,考虑风力或水流以及其他未知扰动情况下,对设计的控制算法仿真验证。对比两种控制算法仿真结果,选择基于加速度估计的能量函数与积分滑模结合的控制算法作为本文使用算法。然后,设计了水质监测流程。基于水质监测任务需求,采用GPS/INS导航以实现无人机自主导航到达指定监测地点。对水质传感器做了校准,使用QT设计了水质监测上位机软件,采用无线串口建立了无人机和上位机软件的通讯,并结合My SQL实现了对用户的管理和数据存储等功能。最后,为验证设计的适用于水质监测的采样无人机能否满足水质监测需求,对水质检测模块、无线模块和上位机进行测试,对提出的加速度估计扰动抑制效果进行验证,对设计的系统控制算法进行实验验证。设计监测的目的地为西南科技大学,采用遥控和无人机自主航行两种模式,在西南科技大学五处地点进行水质采样,并对水质样本检测结果做了分析。结果表明,该无人机能够满足水质采样和水质监测需求。