四旋翼无人机结构简单、飞行灵活,近年来备受关注。但其飞行控制系统由四个输入力控制六个空间自由度,是典型的欠驱动、非线性、强耦合系统;加之机身重量轻,易受外界干扰,使得对其控制变得十分复杂和困难。本文针对四旋翼无人机飞行控制技术展开研究,旨在设计出一套完整的飞行控制系统。主要研究内容如下:首先,在研究四旋翼无人机的飞行原理之后,建立空间坐标系,基于物理学推导出四旋翼无人机的动力学模型,并对该模型进行线性化处理和解耦,将其分为横向、纵向、航向和垂直四个通道进行控制。横纵向通道外环控制位置、内环控制姿态;航向通道控制航向角;垂直通道控制高度。同时建立电机模型,最终得到了四个通道的传递函数。然后,针对每个通道的特性,提出采用合适其特性的控制算法。针对线性运动较为简单,横纵向通道的位置环采用PID控制,针对四旋翼无人机在空中模型易改变、耦合严重且易受干扰,传统双闭环PID控制姿态无法满足其鲁棒性,姿态环采用H_∞控制;针对航向角基本保持不变,航向通道采用LQ控制;针对高度控制简单,垂直通道采用PID控制。分通道控制不仅提高了系统的鲁棒性和干扰抑制能力,而且使能量最优化。在Matlab中对四旋翼无人机的定点飞行进行仿真,得到航姿曲线并进行分析,论证了解耦分通道控制的可行性,同时对每一个通道的控制效果进行分析,证明了本文提出的控制策略是有效的。随后,本文搭建出系统的硬件平台,详细阐述了传感器模块、无线传输模块、主控芯片和电源模块等主要模块的设备选型和电路设计。同时基于FreeRTOS操作系统完成了软件设计,主要实现了传感器采集任务、遥控任务、上位机交互任务、姿态解算任务和飞行控制任务。飞行控制任务将控制算法在真实的平台上实现,而五个任务使飞控系统的各模块正常有序地工作,实现了四旋翼无人机的定点飞行功能。最后,进行了实物定点飞行的试验,同时对比分析了传统双闭环PID控制姿态和H_∞控制姿态的飞行效果,证明了本文提出的控制策略是有效的,设计的飞行控制系统具有较高的稳定性和一定的干扰抑制能力。