微型飞行器又称无人机,它具有体积小且可以在空中实现自主飞行等特点,能够在特定的条件下完成指定的任务,使得它在军事、医疗、考察测绘、地质勘探等专业领域得到了十分广泛的应用。与其他普通飞机相比,微型飞行器的机械结构较为简单,且低功耗、便于操作及维护的特点使其更具优越性,因此它引发了人们的热切关注并成为现阶段的热点研究课题。但由于四旋翼飞行器是一个四输入六输出的欠驱动非线性系统,且各控制量之间存在强耦合性,其本身的复杂性意味着实现稳定飞行的目标需要对其控制系统进行研究。本文中围绕四旋翼飞行器的飞行控制系统展开研究,主要包括软硬件系统的配置、数学建模、不同的控制算法下飞控系统的设计以及实验结果的比较分析。首先通过对四轴飞行器的结构以及其物理性质的分析进行数学建模,即飞行系统的动力学方程。在建模过程中,运用了牛顿-欧拉方程以及空气动力学的基础内容,以便更好地从物理学角度分析机体结构和运动的关系。然后是软硬件系统的配置。本文使用的硬件实验系统由主控器、超声波测距模块、遥控器及无线接收机、电子调速器和电机等部件组成,采用C语言在Keil编译环境下进行软件配置和程序编写来实现各模块的功能。由于使用的微控制器为基于ARM内核的Cortex-M3系列芯片,软件环境开发主要以应用功能为出发点,从嵌入式系统的角度阐述了飞行系统的各部分的软件配置。最后针对飞行过程中的稳定性问题对飞行系统在不同控制算法下的性能进行研究。针对机体在飞行过程的中存在的问题,本文对传统PID、滑模变结构控制算法和模糊PID混合算法控制下的飞行控制系统分别进行研究。由于四轴飞行器是在空间上具有六个活动自由度而仅有四个控制自由度的欠驱动系统,因此在实现飞行系统位置控制时通过直接控制飞行器的空间坐标系上的线位移x,y,z和偏航角ψ,从而间接控制滚转角φ和俯仰角θ,实现飞行器的全控制。结果表明使用模糊自适应PID混合控制与滑模变结构控制系统与传统PID控制相比具有更强的鲁棒性,在飞行过程中提升了机体的稳定性能。