无人机飞行控制系统是无人机的大脑,是保证无人机飞行姿态稳定和自主飞行的核心。PID控制是飞行控制中最基本的控制方法,因此PID参数整定效果直接决定无人机的飞行控制性能。在飞控系统的调试过程中,常用人工方法进行PID参数整定,该方法效率低下,且参数较差,难以满足无人机飞行控制性能的要求,因此进行无人机控制系统的PID参数整定优化方法的研究具有较大的工程意义。在多旋翼无人机中,四旋翼应用最广泛,因此,本文以四旋翼无人机为研究对象,并且基于自主研发的无人机实验平台,主要针对无人机姿态控制系统的PID参数整定工作进行研究和分析。论文的主要工作如下:（1）首先建立无人机的数学模型,然后给出基于PID的无人机飞行控制方案。该部分叙述了四旋翼的飞行控制原理,详细分析了无人机俯仰、滚转、偏航和垂直方向的四个飞行状态,通过动力学和运动学的分析,建立无人机的数学模型;并基于该数学模型,给出基于PID姿态控制环节的无人机飞行控制方案。（2）然后针对无人机飞行调试过程中PID参数整定困难的问题,同时详细分析了传统粒子群算法和遗传算法在参数优化应用中所存在的问题和不足,分别提出一种改进粒子群算法和遗传算法,并将其用于具体的参数的整定工作。应用MATLAB/Simulink进行响应仿真实验,同时对添加干扰信号的情况也进行了仿真。最后对两种算法的理论仿真结果进行比较和分析。（3）最后为了验证上述方法在飞控调试中的实际作用,分别进行了Rfly Sim半实物平台仿真测试和室外实际飞行测试进行实验验证,并对飞行测试的结果进行了分析。上述实验结果表明:使用改进算法得到的参数不仅能够提升无人机的动态性能,同时也能够满足无人机实际飞行的要求。使用改进粒子群算法整定得到的离线参数能够使得系统具有更好的稳定性,改进遗传算法整定得到的离线参数能够使得系统具有更好的快速性。二者相对于传统的人工整定方法都有着很大的提升,既减少了整定时间,提升了工作效率,同时也使得系统有着更好的动态性能和抗干扰性能。