近些年来,随着科技的不断发展,无人机正逐步进入人们的生活当中。由于其操作灵活,机动性能好,使用方便等特点,被广泛应用于边防、侦查、民用、对地支援等很多领域。为了保证其在作业过程中能够实现自主稳定飞行,对自动驾驶系统的研究逐渐成为各国学者研究的中心领域。本设计用的核心控制芯片是基于ARM核cortex M4的STM32F407ZGT6,最高主频可达168MHZ,内嵌DSP指令,具有运行处理速度快,模块接口丰富的优点。首先,本文通过对四旋翼无人机的原理的介绍,分析其总体需求,将无人机分为主控制模块,无人机姿态感测系统,数据通信系统,供电系统与动力装置系统,地面站系统,基于这些功能模块设计了无人机的总体结构。其次,建立四旋翼无人机的机体坐标系与地理坐标系,对无人机进行力学分析,并对其进行数学建模,同时利用四元数法对无人机采集到的姿态信息进行解算,并采用卡尔曼滤波算法得到最佳的姿态信息,同时设计PID控制器并采用MATLAB软件,对控制器的俯仰运动、滚转运动、偏航运动以及高度运动进行软件仿真,并对软件仿真得到的波形进行性能分析。最后,通过前期的理论准备工作,对四旋翼无人机的硬件平台进行搭建,通过大量的飞行试验来调整控制参数P、I、D,得到最适合的参数,实现无人机稳定自主飞无人行的功能。对无人机的实际飞行数据做了分析,从实际效果来看,自动驾驶系统的飞行控制系统稳定,达到了预期的效果。