近年来随着集成芯片、微机电技术等的高速发展以及姿态解算方法与控制算法的不断改进创新,从科技竞赛到航拍、侦查等随处可见四旋翼无人机的身影,其中对四旋翼无人机控制器和控制策略的研究尤为重要。本文以典型的四旋翼无人机飞行控制系统作为研究对象,构建以586-Driver嵌入式模块为核心的控制器,选取高性价比的通用化MEMS传感器模块,独立设计飞行控制系统相关接口电路,在此硬件平台上实现并验证了两种姿态估计算法,通过系统建模、仿真分析设计了反演-动态逆控制器,对飞行控制算法进行了有针对性的研究。首先,根据四旋翼无人机的工作原理和牛顿-欧拉定律建立其数学模型,对开环的飞行控制系统进行数字仿真,验证了在未接入控制器时系统无法自动达到稳态。通过对系统的资源需求进行分析,完成控制器核心模块、传感器模块的选型并设计了相关专用的接口电路。其次,实时准确的姿态估计是实现四旋翼无人机控制的基础和前提。为获取最优的姿态解算信息,基于余度的思想在具有微控制器的姿态检测模块上实现扩展卡尔曼滤波算法;同时在586-Driver主控制器中采用梯度下降法。通过运用以上两种方法进行测试和试验验证,结果表明获取信息能满足四旋翼控制要求,同时验证了硬件电路设计及算法的可行性。最后,通过对经典PID控制算法进行仿真分析后,针对模型中机体坐标系下的姿态角速度与地理坐标系下角速度不相等的情况,为提高系统响应的快速性与稳定性,设计了反演—动态逆控制器,结合理论分析和MATLAB仿真验证表明该控制算法能够更加快速稳定地响应系统输入,对系统性能的提升效果明显。