四旋翼飛行器是一種結(jié)構(gòu)新穎、性能優(yōu)越的垂直起降飛行器，具有操作靈活、帶負載能力強等特點，具有重要的軍事和民用價值，以及研究價值。在深入了解四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀、關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用前景的基礎(chǔ)之上，根據(jù)四旋翼飛行器飛行原理，建立系統(tǒng)動力學模型，確定了系統(tǒng)組成和總體設(shè)計方案。首先根據(jù)設(shè)計方案采購了簡單飛行器機體模型，選擇合適的直流無刷電機作為系統(tǒng)動力裝置，設(shè)計線性度良好、功率滿足一定要求的無刷電機驅(qū)動器，以滿足四旋翼飛行器帶載飛行需要。選取了功能強大且容易開發(fā)的微處理器、傳感器和相關(guān)電子元器件滿足系統(tǒng)需要，并做了大量的系統(tǒng)軟硬件調(diào)試工作，最終完成了整體設(shè)計。飛行器運動姿態(tài)測量單元主要由慣性測量單元(IMU)和三軸磁傳感器組成，根據(jù)其傳感器的性能指標，構(gòu)建數(shù)學模型，從而得到載體準確的航向信息和相應(yīng)姿勢，為飛行器系統(tǒng)穩(wěn)定飛行提供重要的保障。 四旋翼無人飛行器要實現(xiàn)穩(wěn)定飛行是以平衡控制為前提的，由于該飛行器具有六自由度而只有四個控制量的欠驅(qū)動的控制系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)四個電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)飛行器平衡穩(wěn)定飛行，因此平衡控制是四旋翼飛行器運動中的關(guān)鍵。根據(jù)系統(tǒng)動力學模型設(shè)計控制算法，設(shè)計四旋翼飛行器控制系統(tǒng)控制規(guī)律，主要包括兩個控制回路：姿態(tài)控制回路、位置控制回路。在仿真軟件平臺上，通過仿真驗證后將算法移植到處理器中，進行控制算法驗證及實驗研究，優(yōu)化飛行控制算法參數(shù)。最后，為了滿足四旋翼無人飛行器的穩(wěn)定飛行控制的要求，設(shè)計實時性高的控制系統(tǒng)軟件程序，進行相關(guān)實驗調(diào)試工作。最終設(shè)計出能夠?qū)崿F(xiàn)一鍵飛行、高效的四旋翼自主飛行器。