四旋翼飞行器具有较高的机动性、较低的制造成本以及广泛的应用前景等特点,这使得四旋翼飞行器成为近几年兴起的热门研究课题。四旋翼飞行器的控制模型为强耦合、欠驱动非线性时变系统。为了提高四旋翼飞行器飞行稳定性和动作敏捷性,许多国内和国外的学者都对该系统的控制方法做了深入的研究。为了这一目的,本文围绕四旋翼飞行器飞行动力学特性展开研究,主要研究内容包含建立四旋翼飞行器的模型、设计相关控制方案、不同模式下的力分析及相关实验等。本文在建立力学模型之前,首先介绍了飞行器相关坐标系的情况。在相关坐标系下,对四旋翼飞行器进行受力分析,并建立了四旋翼飞行器的力学模型。对力学模型进行了简化并通过实验等手段测量力学模型的相关参数。然后,依据所推导的飞行器力学模型,建立了四旋翼飞行器的状态空间表达式。对四旋翼飞行器的状态空间表达式进行了解耦控制,将多输入-多输出系统分解成多个单输入-单输出系统,推导出不同模式下相应的轨迹跟踪控制器。同时还进行了相关稳定性、可控性和可观测性分析。最后,设计本论文适用的四旋翼飞行器的实物系统,分析了不同模式下飞行器的受力情况,在搭建的实物平台上,进行了相关的飞行控制及轨迹跟踪实验,其研究结果对提高四旋翼飞行器飞行稳定性和动作敏捷性具有一定参考价值。