多旋翼无人机作为一种垂直起降无人机,可以实现在空中悬停、在狭小的空间起降,且操作简单、可靠性强,这些特点使得多旋翼无人机在军事、民用和科学研究领域被广泛应用,如敌情侦察、反恐训练、电力巡检、农业植保等。正因为多旋翼无人机广泛的应用领域,对其控制要求也越来越高,为了更充分地发挥多旋翼无人机的潜能,必需提高其自主能力。本文充分调研了国内外主要研究机构的发展现状以及设计思路,并结合自主控制等级的划分,考虑实验室的当前需求,提出了多旋翼无人机的总体设计方案。首先介绍多旋翼无人机的主要组成部分,包括机械系统、动力系统和控制系统,并以一架轴距为700mm的六旋翼无人机为例,详细地阐述每个子系统的硬件组成和选型。其次,描述了常用的位置和姿态估计算法包括DCM算法、互补滤波算法和EKF算法,及其主要步骤和流程。然后,分析六旋翼无人机的结构与飞行原理,建立数学模型,设计了在实际中应用最广泛的PID控制器,又考虑六旋翼无人机存在易受外界环境干扰、模型参数不确定、执行器饱和等问题,结合多环控制结构形式,在位置环和姿态环设计基于自适应方法的非奇异快速终端滑模控制器,抑制不确定和扰动的影响,在转速环设计基于干扰观测器的滑模控制器,并通过MATLAB/Simulink进行仿真验证,结果表明所设计的控制器在模型不确定、外部干扰和执行器饱和的影响下能够保证控制误差快速收敛。最后基于Pixhawk飞行控制器实现六旋翼无人机的自主飞行控制。