四旋翼飞机由于其结构复杂、操纵性差等缺点导致其研究进展较为缓慢。近些年来,随着新型材料、微机电(MEMS)、微惯导(MIMU)技术和飞行控制理论的发展,四旋翼无人直升机获得了越来越多地关注。四旋翼无人直升机在军事和民用领域具有广阔的应用前景,可用来环境监视、情报搜集、高层建筑实时监控、协助和救助、电影拍摄和气象调查等；它还是火星探测无人飞行器的重要的研究方向之一本文针对小型四旋翼无人直升机,以TMS320F28335为核心,设计了四旋翼无人直升机控制器的软硬件系统,实现了近地环境下的姿态控制。首先,根据设计目标对控制系统总体结构、软硬件整体进行设计。按功能将控制系统划分成机体平台、控制器模块、传感器模块、电源模块、数据处理模块和通讯模块六个独立的模块。本文设计了基于四元数法的捷联式惯性导航系统,并经过实际系统检验。为了克服惯性导航固有的参数发散缺陷,本文给出了导航补偿方法,实验结果说明了补偿方法的有效性。为了克服A／D转换存在的偏差和高频噪声问题,本文设计了软件矫正算法数字低通滤波器,减少了A／D偏差,降低了高频噪声。姿态控制是飞行控制的核心问题,四旋翼无人直升机的结构特殊性决定了其控制器设计的特殊性：四旋翼无人直升机通过四个螺旋桨实现对六个被控量的控制,是一个欠驱动系统。本文建立了四旋翼无人机的非线性动力学模型,设计了PID控制器进行姿态控制。仿真和实际系统控制结果表明,该PID控制器可以得到较好的姿态控制效果,验证了控制系统设计的有效性。