为实现无人机目标跟踪、战略规划等功能,提升对复杂环境的适应性,需要无人机具备自主飞行能力。飞行控制系统作为无人机实现自主飞行的关键与核心,其性能优劣直接决定了无人机飞行性能及任务完成的能力。本文以实现无人机自主飞行为目标,对无人机飞行控制系统进行研究。主要研究内容如下:1.根据四旋翼无人机结构组成和飞行原理,对无人机进行受力分析,建立无人机动力学模型,为无人机控制器的设计与研究提供理论依据和设计指导。2.对无人机飞行控制系统进行软硬件设计。根据飞行控制系统的性能要求,对主控制器、姿态解算单元,位置定位单元,通信单元及执行机构等硬件模块进行设计;通过分析飞行控制系统的功能需求,对系统的硬件驱动程序、功能模块程序及应用程序进行编写。3.对四旋翼无人机相关姿态解算和控制算法进行研究。通过分析陀螺仪、加速度计和磁力计传感器特点,设计基于四元数和卡尔曼滤波的姿态角估计算法,获取准确的姿态信息;以GPS及高度计数据为基础,采用互补滤波算法得到较为精确的无人机高度数据;针对短距离自主飞行,给出了两点之间位置偏差的计算方法。以动力学模型为指导,采用经典PID算法对姿态控制器和位置控制器进行设计,实现无人机的姿态稳定和运动控制。根据设计要求对飞行控制系统进行实验室条件下的相关调试和实验,实验结果初步验证无人机平台在遥控器模式和自主模式下都能够可靠、稳定飞行,证明方案可行。