四旋翼飞行器是一种电动、能够垂直起降的多旋翼式自主/遥控飞行器,拥有良好的低空飞行性能,因其众多的优点和广泛的应用前景使得近年来成为国际上研究的热点。而在四旋翼飞行器技术当中,姿态控制算法的设计一直是众多研究者关心的问题之一,在资源受限的嵌入式硬件平台上如何设计一种兼顾控制效果和实用价值的控制算法,在满足控制要求的条件下还可以普遍适用于嵌入式飞控平台,这使得姿态控制算法的设计变得尤为考究。本文针对四旋翼飞行器的姿态控制算法进行研究和改进,在资源受限的嵌入式硬件平台中姿态控制算法的设计既要考虑控制效果还要兼顾实用价值。本文综合了 PID控制器(Proportion Integration Differentiation Controller,PID)简单可靠的优点,并在其基础上采用串级PID的姿态控制策略,既改善控制过程的动态特性,还能迅速克服进入副回路的二次扰动,提高了系统的稳定性和对负荷变化的适应性。该方法的实现包括两部分,硬件方面设计模块电路尤其主控和传感器硬件电路的设计,软件方面首先要依据惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)解算出四旋翼飞行器当前的姿态,而后基于当前的姿态使用串级PID姿态控制策略,最后根据不同的机型调节合适的参数进行飞行。MATLAB的仿真结果表明改进的串级PID姿态控制算法具有良好的控制性能,系统超调量σ<3%,上升时间Tr<1s,稳态调节时间Ts<2s,稳态误差<0.1%,在方波姿态信号的输入测试下,串级PID的姿态跟随性能明显好于单级PID。最后在四旋翼飞行器上悬停测试,满足四旋翼飞行器飞行控制要求。其研究成果对于应用在资源受限,运算能力有限的嵌入式四旋翼飞行器硬件平台上有一定的工程实用价值。