四轴飞行器是一种性能卓越的无人飞行器,具有结构简单、机动灵活、起降空间小等优点,有着广阔的应用前景,吸引了众多的科研人员,成为国内外新的研究热点。飞行控制系统是四轴飞行器的核心部分,飞行器通过控制系统和外界交互并作出响应,控制系统的优劣直接决定着飞行器的性能,因此研究高性能飞行器控制系统具有十分重要的意义。本文主要工作如下,建立飞行器数学模型,设计算法进行飞行姿态融合和飞行器控制,最后设计完成飞行器硬件和软件部分并进行实际飞行测试。本文重点介绍飞行器控制系统的设计,主要研究能容如下:首先介绍了四轴飞行器国内外的发展情况,根据实际科研情况和飞行器特点,给出了飞行器控制系统的整体方案。其次为理论部分设计,主要包括:建立飞行器数学模型,根据模型特点,分别设计了PID,串级PID和Backstepping控制器,并进行仿真分析;根据惯性导航原理,设计姿态算法将陀螺仪和加速度计数据融合得到飞行器的姿态角度。最后为系统实现以及飞行测试。本文以STM32处理器为控制核心,MPU6050为姿态传感器,设计了飞行器的硬件结构;依据理论部分,完成了控制系统软件部分设计,并测试飞行。实验表明,本文设计的飞行器可以很好地跟随指令,飞行平稳,有很好的抗干扰能力。