近年来可垂直起降的四旋翼无人机因其机动性强、稳定性高、操作简单等优势,已经成为热点研究方向。但是四旋翼无人机存在抗干扰能力差、非线性等研究难点,本文针对四旋翼无人机实际应用需求,搭建了稳定可用的飞控系统,主要研究内容包括:(1)提出并推导QKF滤波算法。根据四旋翼无人机的飞行原理,选取四元数来表示四旋翼无人机的姿态角,结合扩展卡尔曼滤波提出QKF算法来对姿态数据进行融合处理。(2)建立四旋翼无人机运动模型。针对四旋翼无人机具体结构,推导出飞行器的运动学、力学模型;分析飞行器系统整体模型并进行线性化处理,通过状态空间推导控制系统各通道的传递函数。(3)完成飞行控制硬件子系统。综合考虑四旋翼无人机的飞控系统功能需求,采用STM32F405系列单片机作为主控;采用6轴运动处理组件MPU6050、磁力计HMC5883L、气压计MS5611作为姿态传感器单元,用来测量飞行姿态参数;采用nRF24l01作为无线接收模块。实现各模块的I2C/SPI通信电路,及无刷电机的驱动电路。(4)实现并验证飞行控制软件子系统。利用QKF算法对姿态传感器采集数据进行融合滤波,在MATLAB上进行了效果验证;编写C程序实现角速度、角度双闭环PID控制算法,并在Simulink中搭建仿真结构进行仿真验证。该部分内容成功验证了四旋翼无人机控制系统中使用QKF处理数据及串级PID控制结构的可行性。(5)完成可视化仿真验证。分别在MATLAB及Linux环境下,针对四旋翼无人机进行可视化飞行试验仿真,得到了良好的控制效果,更加佐证本文算法有效。