能在天空自由翱翔一直以来是人类的梦想,自上个世纪初飞机被发明之后,飞行器的研制技术得到了突飞猛进的发展。近几十年来,无人机作为飞行器的一种成为各国科研人员的重要研究对象,智能化也成为无人机的一个重要的研究方向。四旋翼飞行器作为一种无人机以其优良的性能受到世界上众多飞行器研究者的青睐。随着科学技术的不断发展,自动控制技术、计算机通信技术在四旋翼飞行器上得到了广泛的应用,这也使得四旋翼飞行器的性能越来越优良,能实现的功能也越来越多。尽管四旋翼飞行器自问世以来就受到了广泛关注,不少科研人员对其进行了深入的研究,但是其本身的一些缺陷使得在实际中的应用不是特别广泛,除了世界上少数发达国家研制出了能够应用于实际生活中的四旋翼飞行器,并且已经将其投入使用,大部分的科研仅停留在仿真阶段。本文在查阅了大量的有关四旋翼飞行器的资料后,分析并总结了目前一些开源的四旋翼飞行器的设计方案,对四旋翼飞行器的控制器进行了研究。本文认真分析了四旋翼飞行器的运动机理,根据其控制特性,对飞行器的数学模型进行了简化,并列出了简化后的数学方程,为后面的仿真实验奠定了基础。本次设计以TI公司的基于Cortex-M4F内核的LM4F120H5QR作为主控芯片,外围电路搭载了MPU6050作为检测姿态角的传感器,以及超声波模块US-100作为测量高度的传感器。此外为了使四旋翼飞行器实现航拍的功能,在硬件电路上还加入了摄像头模块OV7670和SD卡,飞行器在飞行过程中能够通过OV7670对周围环境进行拍照,并将照片存入SD卡中。在控制算法方面,通过卡尔曼滤波算法将MPU6050采集的加速度信号和角速度信号进行计算,得出飞行器的姿态角,然后将模糊PID算法作为主要的控制算法,该算法将采集的姿态角以及设定的姿态角作为输入信号,通过运算最终计算出所需的PWM信号的占空比,并且以此调节四个无刷电机的转速来控制飞行器的姿态。经过matlab软件仿真,控制算法的控制精度在一定范围内能够达到本次设计预定要求,经过实验调试,飞行器的各个模块均能正常工作,本次设计基本实现了预定目标。