四旋翼无人机,简称四轴,其凭借电机带动螺旋桨转动产生推力使飞行器上升。飞行器的四个螺旋桨大小相同,对称分布,最简单的四旋翼飞行器只需要凭借不同的螺旋桨之间的相对转速就能实现各种机动动作。四旋翼无人机具有方便维护保养、机械构成模块化、运动相互解耦、不产生机械磨损以及快速、实时采集传输图像信息等许多优点,给用户带来了优秀的体验。其在军事用途、民用特种用途占据广大的空间。本文在参阅国内外四旋翼无人机研究现状基础上,对无人机控制系统进行设计和研究。对四旋翼无人机飞行原理和基本构成进行介绍和分析。依据空气动力学原理建立了四旋翼无人机动力学模型以及运动力学方程,建立了四旋翼无人机的坐标系。针对四旋翼无人机MEMS惯性测量元件精度不高且姿态解析过程中产生漂移和噪声问题,本文提出了扩展卡尔曼算法修正偏差。无人机的软硬件系统设计使用分模块化设计思想。设计了四旋翼飞行器控制系统的总体硬件,介绍了各个模块器件的选型以及硬件电路图。为了验证姿态解析算法的可行性,构建了四轴无人机实验平台,选用STM32F4系列单片机作为无人机的主控处理器,MPU9250传感器作为惯性测量单元完成数据采集,NRF51822无线通信模块完成信息交换。使用Keil MDK软件进行的代码的编写,对几种姿态解算的算法进行了研究和分析,使用Matlab软件仿真各种算法得到的姿态角的图形,对比了各算法解析的姿态角的波形,最终选择扩展卡尔曼滤波算法作为该系统的姿态算法。并在飞机上完成了试飞,该算法在不同条件下具有较高的估计精度和最终姿态角的漂移和噪声误差较小,易于在飞控制系统中实现。